空巢老人陪伴型机器人设计

2019.18科学技术创新1概述
根据国家统计局数据显示，截止到2017年，中国60周岁及
以上老年人口共计2.408亿；
预计到2025年，这一人口数量将达到4亿，我国将成为世界上老年人占比最大的国家。

人口老龄化日益严重，空巢老人所占比重迅速攀升，一系列的社会问题亟待解决。

空巢老人由于没有亲人的陪伴，长期处于孤独的状态，从而引发一系列的生理、心理问题，如身体健康状况得不到重视，产生焦虑、抑郁心理疾病，所以给予空巢老人应有的关怀与陪伴已经刻不容缓。

日本作为目前世界上人口老龄化比较严重的国家，投入了大量的人力物力致力于老人陪伴机器人的研究，并且在近几年
也取得了一些成果。

如图1所示：
日本高校科研机构历时数年所研发的“TWENDY-ONE ”机器人，这款机器人可以辅助老人起床，并且可以自主行走，自行判断，避开障碍物；日本索尼公司在近几年推出的新一代机器人狗“爱宝”，该机器人可以感知外界
的距离，并且具有发声和处理声音的功能，与其他陪伴型机器人
不同，它的主要功能变成了娱乐；松下电器推出的老人陪伴机器人“泰迪”可以实现与老人的连续沟通；欧姆龙公司推出的机器人“尼克罗”采用人工毛皮，集成传感和人工智能技术，可以对主人表达自己的感受。

图1
c.将底板通过仿真器与PC 机连接，可以通过CCS6界面显
示出气压、海拔等信息。

结束语
本文基于OMAPL138为处理器的ARM/DSP 双核架构，实现
对GPS 和INS 信号的接收及处理，
从而设计了GPS/INS 组合定位系统，实时显示当前位置的经纬度，气压等信息。

参考文献
[1]赵胜林.一种GPS 导航定位仪设计与应用研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2005.
[2]马宏阳,程鹏飞,黄华东.GPS/INS 位置、速度和姿态全组合导航系统研究[J].测绘通报,2016(3):10-14.
[3]Xue Y,Liu C,Chen Y,et al.Design and Realization of In -ertial Attitude Determination System Based on OMAPL138and FPGA[J].Computer Measurement &Control,2017.
[4]赖贵川,黄华伟.基于MS5611-01BA01的高精度气压和温度检测系统设计[J].四川理工学院学报(自科版),2012,25(5):33-36.[5]朱阳,王伟成,王民慧.基于MPU9150的四轴飞行器姿态控制系统设计[J].制造业自动化,2015(10):46-48.
作者简介：唐立伟（1975-），男，研究方向：
工业控制。

图2系统流程框图
空巢老人陪伴型机器人设计
张资恒
宋雪琪
高喜银*
（河北农业大学机电工程学院，河北保定071001）
摘要：预计到2025年，人口老龄化将变成一个极其严峻的社会问题。

其中，空巢老人面临的心理、生理、社交等方面的问题
正在不断加剧。

本文提出了空巢老人陪伴型机器人概念设计，老人可以通过发出语音指令控制机器人行为，机器人可以随时监测老人身体状况并及时反映给子女，机器人也可以充当孩童给予老人心理慰藉，真正实现全方位的陪伴。

这样可以缓解空巢老人问题给社会带来的压力，同时尽可能使空巢老人的晚年生活幸福快乐。

关键词：老龄化；空巢老人；陪伴型机器人；陪伴方式中图分类号：TB472,TP242文献标识码：A 文章编号：2096-4390（2019）
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此外，世界其他国家也取得了一些成果：在拉斯维加斯展会上，由“直觉机器人”公司研发的陪伴机器人“伊利·Q ”，它可以模仿人类头部的动作，可以接电话和读邮件，还可以实现老人与儿女的通讯；美国密歇根大学等几所高校成立的联合小组也在针对老人研发有提醒功能的陪伴机器人。

国内现存老人陪伴机器人产品多是面向医疗机构和养老机构，其主要功能是辅助，而解决情感问题的老人陪伴机器人的研发仍处于起步阶段，所以市场存在很大的空缺。

2空巢老人陪伴型机器人设计2.1设计定位
空巢老人陪伴型机器人，针对没有亲人陪伴，长期处于孤独的空巢老人设计，核心是为了解决空巢老人因孤独而引发的一系列心理、生理、社交孤立等问题。

让空巢老人通过与陪伴机器人的互动和交流来缓解心理等方面的问题，并且通过陪伴机器人全天对老人的监测，实现调养身体和预防疾病，并及时反馈情况给子女。

空巢老人需要的是陪伴，相比较于抽象和复杂的外观，简洁的设计更能给人一种亲近和熟悉的感觉，所以空巢老人陪伴机器人可以是一个孩童外观，可以模仿很多儿童的动作，有很多拟人的情绪反应，会模拟小孩儿说话，并会做出类似于撒娇的动作，给老人一种亲切的感觉。

2.2机器人系统设计
图2
基于陪伴的功能，陪伴型机器人的系统主要有：机械结构系统、机器人控制系统、传感器系统、神经网络智能系统、语音识别系统、影像处理系统。

如图2。

①机械机构系统。

陪伴机器人在各种控制驱动结构，传动装置的控制下完成规定的动作，在空间中活动。

②机器人控制系统。

机器人所有的活动包括机械活动在内，都要在智能系统的控制下，通过各类传感器，结合数据库自主判断周围环境作出决策。

决策需要各类控制相结合，如：传感器，听觉，视觉，触觉等
③传感器系统。

完成一系列的指令需要庞大的传感器系统，主要有：视觉传感器（对外界文字图像等信息的识别），听觉传感
器（识别外界声音信号），触觉传感器等，传感器之间相互合作，对老人的情绪反应做出判断。

④神经网络智能系统。

由于陪伴机器人对机器人的各方面要求比较高，需要机器人在接受信息后迅速做出反应，所以需
要互联网神经系统支撑，神经系统可以高效的对信息分析处理，提高容错率。

2.3人机交互页面设计
图3
基于操作的舒适与简单，可以将陪伴机器人的面部作为人机交互的界面，如图3，界面内容包括：指纹和瞳孔识别，远程视频交互页面，医疗诊断页面。

2.4设计结果
整体采用孩童造型，黑白配色，老人最初通过录入基本信息完成与机器人的匹配，家人可以通过手机端APP 借助机器人了解老人的情况，机器人面部的表情可以随情绪的变化而改变，更加拟人化。

机器人可通过老人的语音指令判断其所在位置，达到在老人周围陪伴的功能。

老人也可通过语音指令控制机器人所在位置。

当电量低于一定值时，机器人可以发出语音提示，并且自动寻找充电位置完成充电，这样可减低机器人操作性。

3结论
针对空巢老人陪伴机器人设计仍处于起步阶段，其设计与开发的模式还没有统一的标准，基于我国人口老龄化现象中老人陪伴机器人的空白，我们应当更多的把空巢老人作为陪伴型机器人研发与设计的对象；基于空巢老人的实际心理需求来设计相应的交互模式，交互设计中应当考虑到空巢老人的认知能力与接受情况，互动中的陪伴机器人应当给老人足够的亲切感和熟悉感，而不再是冷冰冰的机器，以此来缓解空巢老人因没有家人陪伴而带来的内心的孤独感，本文中设计了一种模拟孩童玩闹的一样的新的陪伴方式，在后续学习与研究中，项目组将会针对空巢老人现象进行更加深层次的剖析，
优化现有的互动陪伴模式。

参考文献[1]CES2018最佳创新——
—Buddy ，家庭的第一个陪伴机器人[J].传感器世界,2018.[2]叶欣.空巢老人之忧[J].中国防伪报道,2015(3):46-50.[3]刘蕊.智能家居养老系统现状浅析[J].低碳世界,2019,9(1):277-278.
[4]葛元,孙小蒙.我国空巢老人的生存现状简述[J].哈尔滨职业技术学院学报,2014(1):177-178.
基金项目：健康产业室外产品设计和开发；河北省科技计划（编号：
15275702D ）。

作者简介：张资恒（1996-），男，河北邯郸人，河北农业大学工业设计专业大三在读生，
主要从事产品设计研究。

通讯作者简介：高喜银（1978-），女，河北衡水人，博士，副教授，
主要从事工业设计、
人机工程学研究。

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