基于图像识别技术的老年智能陪护机器人设计研究.pdf

165第 37 卷第 3 期 2024 年 2 月Vol.37 No.3February 2024艺术科技1 陪护机器人的分类1.1 生活陪护机器人生活陪护机器人是一种专为老年人、病患和身体有特殊需求的个体提供生活照顾服务的智能机器人，它们能够检测使用者的健康状态、提醒用药并提供饮食建议等。生活陪护机器人通常具备较强的人机交互能力，能够感知和理解用户的需求，并提供相应的服务。此类机器人的设计通常注重人性化，重视使用者的心理及情绪的变化，因此其外观和行为接近人类，易于使用者接受和与之互动1。同时，它们还具备一定的自主学习能力，能够根据用户的行为和喜好不断优化服务内容。1.2 训练机器人康复训练机器人是一种专为需要康复锻炼的病患提供个性化康复训练方案的智能机器人。它们的主要目标是帮助病患尽快恢复身体功能，提高生活质量。康复训练机器人能够根据患者的病情和需求制订合适的康复训练计划。康复训练机器人在患者训练过程中可以实时监测患者的状态。此外，它们还可以通过数据分析和反馈，帮助医生和患者了解康复进程，以便及时调整后续治疗方案。1.3 心理陪护机器人心理陪护机器人是一种专门提供心理支持和关怀的智能机器人，旨在帮助使用者缓解心理压力，保持心理健康。心理陪护机器人能够与使用者进行有效的沟通和互动，为用户提供心理疏导、情绪调节等服务，因此大多数心理陪护机器人采用较为可爱的外观造型，并搭配对应的表情与动作。心理陪护机器人通常具备强大的自然语言处理能力，能够理解和回应用户的情感需求。它们可以通过语音、表情、肢体语言等方式与用户建立联系，给予关心和支持。此外，心理陪护机器人还可以根据用户的需求提供专业建议，如心理治疗方法、生活调整策略等。1.4 医疗辅助机器人医疗辅助机器人是一种专为医疗行业提供辅助服务的智能机器人，旨在提高医疗服务的效率和质量。它们的主要功能包括辅助手术、药物管理、病患监测、康复训练等。在手术方面，医疗辅助机器人能在医生的指导下进行精确的手术操作，降低手术风险，缩短手术时间。药物管理方面，医疗辅助机器人拥有药物自动分发、用药监测和提醒等功能，确保病患用药安全。2 图像识别及其他技术在陪护机器人领域的应用2.1 图像识别技术在陪护机器人领域的应用图像识别技术的核心在于使计算机系统能够像人类一样理解图像信息，并基于此进行分类和判断。图像识别系统由视觉传感器、图像采集系统和图像处理系统等组成，这些组件使机器人拥有视觉定位、目标分类和追踪的功能。图像识别技术是通过机器所采集的图像进行数字化处理、滤波、增强、分割和特征提取等操作，以获得更清晰、更易分析的图像信息。同时，通过训练机器学习算法或深度学习神经网络，使基于图像识别技术的老年智能陪护机器人设计研究赵允杰，庄怡（上海工程技术大学，上海 201620）摘要：目的：随着我国老龄化日益加快和城镇化快速发展，独居老人数量急剧增加，为了解决护理人员不足、医疗资源有限等养老问题，老年人口的陪护需求重心逐步转移到陪护机器人上。方法：文章对现有陪护机器人的种类及技术进行相关调研与对比分析。结果：老年人居家养老情境下的陪护机器人目前大多停留在产品设计创意阶段，或以相关智能保健产品的形态出现，并没有量产上市的老年陪护机器人产品。基于目前老年人智能家庭陪护机器人市场存在较大空缺的现实情况，文章首先对社会背景、使用场景及实际产品情况进行探究，对相关政策以及陪护机器人的发展和分类进行分析；其次，基于图像识别技术对陪护机器人进行研究；最后，基于老年人的实际需求对陪护机器人的功能进行设计。结论：文章设计了一款基于图像识别技术、具有健康监测功能的老年陪护机器人，以填补市场空白，满足老年人的陪护需求。关键词：图像识别；老年人；智能陪护机器人中图分类号：TB472文献标识码：A文章编号：1004-9436（2024）03-0165-03166美学技术计算机能够自动识别和分类图像中的对象、场景或模式。在医疗机器人领域，图像识别技术一般包括人脸识别、指定对象识别、视觉定位与导航、动作与行为分析等。通过图像识别技术，机器人可以有效认知和理解现实世界，并通过指定程序分析所获取的信息，输出相关结论。机器人领域中图像识别处理一般流程为：原始图像图像采集数字图像图像预处理灰度图像图像分割图像特征提取图像识别与分析。2.2 陪护机器人的其他技术特色陪护机器人的服务对象是人，因此除了图像识别技术以外，还需要其他的相关技术进行辅助与支撑。老年陪护机器人的服务对象是高龄者，更需要对老年人的各类需求进行分析，补充与完善机器人的功能，从而能够应对更特殊及更复杂的情况2。2.2.1 SLAM 技术SLAM 技术是指通过摄像头对机器人进行定位的技术。移动是陪护机器人的基础功能，定位是其所有任务的基础。同时，还要明确机器人与使用场景中的物体间的位置关系，从而完成精确的陪护任务。SLAM 技术可以使机器人自主、高效地认知室内场景环境，并建立全局地图，同时 SLAM 技术的进步也为机器人探测环境、灵活躲避障碍物提供了可能，为陪护机器人在不同使用场景下的自主移动提供了技术支撑。2.2.2 智能语音技术智能语音技术是目前机器与人交互的基础，对老年人来说更易于掌握和使用。目前，计算机端语音识别技术不仅能识别出用户的语义信息，还能对使用者的语音进行情感识别。借助当前的云技术，语音服务对硬件的要求显著降低。同时，语音识别的准确率和速度得到了提升，从而优化了用户体验，使人机交互更加自然。2.2.3 AI 深度学习技术AI 深度学习技术是人工智能与深度学习技术的应用结合，在分析样本数据的规律与表示层次的同时，更智能化的一种计算方法。作为一种较为成熟的计算机技术，它可以通过分析文字、图片、视频、音频等，对样本进行挖掘与学习，实现对信息的处理，使机器也有类似人类的学习能力，并且在使用过程中对产品和交互方式进行即时优化与升级。3 老年智能陪护机器人的设计定位3.1 针对老年人需求的功能分析3.1.1 日常护理老年陪护机器人的日常护理功能，应涵盖老年人的衣食住行等各个方面。针对老年人的不同身体状况，提供营养膳食指导，定制适合老年人的餐食，并联系老年服务餐饮中心配餐与送餐到老年人家中。对于那些行动不便、不能自理的老年人，陪护机器人应帮助或辅助解决其移动的问题，比如帮助老年人从床上移动到椅子上、日常行走等。老年人的记忆力不断下降，陪护机器人的提醒功能应包括提醒老年人吃药、待办事项等。3.1.2 健康监测老年陪护机器人应能够监控老年人的健康状况，24 小时全天候监测老年人的身体情况。通过机器人内置的一些健康监测设备，老年人能定期了解自己的身体状况，当一些身体指标出现异常，机器人应具备紧急联系或报警功能，及时联系社区医生，对老年人进行治疗。3.1.3 情感陪护为老年人提供情感支持和陪伴是陪护机器人必备的功能，能帮助老年人缓解孤独感、焦虑和抑郁等负面情绪3。当老年人想与亲朋好友联络时，机器人应通过自带的视频通话设备，帮助老年人实现视频通话。陪护机器人应与老年人进行交流等，能够运用方言，倾听他们的需求与感受。陪护机器人可以模拟社交互动，与老年人进行简单的交流和互动，可以分享笑话、故事、音乐等内容，使老年人身心放松。机器人可以成为老年人日常生活的伙伴，减轻他们的孤独感。3.1.4 行为监测老年陪护机器人应该具备监控老年人行为、状况的功能，而图像识别技术可以帮助机器人进行行为分析。机器人可以通过图像识别技术观察和分析老年人的日常行为，例如饮食、睡眠、运动等，然后根据这些信息为老年人提供个性化的生活建议，帮助他们提高生活质量。当老年人发生意外，如突然摔倒时，机器人应该立即监测并及时联系紧急联系人，面对其他紧急情况如突发的火灾等，要能及时联系社区和相关部门。167第 37 卷第 3 期 2024 年 2 月Vol.37 No.3February 2024艺术科技3.1.5 环境监测老年陪护机器人应具备环境监测功能，通过图像识别技术帮助机器人进行物体识别。例如，机器人可以识别出老年人生活中的常用物品，例如药瓶、眼镜等，并帮助老年人找到这些物品。图像识别技术可以帮助机器人进行环境感知，例如，机器人可以识别出门窗是否关闭、火源是否关闭、是否有足够的照明、是否有湿滑的地面等，从而保证老年人的安全。3.2 老年陪护机器人的设计实践3.2.1 外观造型本设计主要外观线条受到熊猫形态的启发。熊猫的特征能迅速唤起老年人亲和动物的联想。通过大面积的圆滑曲面，提升机器人的亲和力。其整体设计避免了尖锐的几何形态，在保证产品安全的同时，增强老年人对其的亲切感，满足了他们的情感需求，有助于减轻孤独感。3.2.2 功能细节图 1 功能分布图（图片来源：作者自绘）图 2 健康监测仪的功能分布（图片来源：作者自绘）图 1 为老年智能陪护机器人的功能说明图，该陪护机器人功能区主要分为三部分：头部、身体与腿部。机器人的头部主要包含图像识别视觉模块、环形麦克风阵列以及情感表情显示屏；身体部分主要包含隐藏式可升降健康监测仪模块；腿部主要由可翻开的储藏盒与可差速转向轮组成。健康监测仪位于机器人身体的中间部位（见图 2），使用者只需要发出相关指令，机器人就会自行降下滑板，健康监测仪随之伸出并适当调节高度，接触使用者的身体即可采集所需的身体数据。由于老年人坐姿不同，所以对机器人健康监测仪的高度进行了可调节设计，可以根据使用者的不同体型进行调节。3.2.3 材质色彩搭配机器人的主体采用了黑白配色，首先基于仿真设计，参考了自然界熊猫的配色，同时，黑白配色能使机器人具有较强的稳重感、科技感。其次，加入了淡蓝色的产品辅色，能够体现出产品的专业感，并且打破传统认知里纯白医疗产品所带来的冷漠感，在增强产品时尚感的同时能减少老年人对机器人的抗拒情绪。材质方面，主体选择磨砂树脂，翻盖部分选择铝磨砂金属。黑色的手部、耳部等部件能与主体的白色形成对比。4 结语本文对通感在食品包装设计中的应用进行研究，从色彩要素、图形要素以及肌理材质这几个方面进行论述，得出了通感这一设计语言在食品包装设计中发挥着积极作用的结论。在食品包装设计中应用通感，能够更准确地向消费者传递商品信息，以促进消费行为良性发展。同时，在互联网经济高速发展的背景下，包装设计要跟上时代的步伐，满足不断变化的需求。参考文献：1 支艳利.家用陪护机器人语音交互与控制系统研究D.昆明：昆明理工大学，2017：16.2 刘珊，兰智高.养老服务机器人的技术发展趋势J.计算机测量与控制，2019，27（7）：1-6.3 吴磊，孙悦，盛芹芹.基于 BP 神经网络的老龄智能陪护机器人造型意象研究 J.设计艺术研究，2023，13（4）：5-8，13.作者简介：赵允杰（1996），男，上海人，硕士在读，研究方向：产品造型艺术及应用实践。庄怡（1987），女，湖北潜江人，博士，讲师，研究方向：城市色彩规划与景观设施使用评价。