仿真機器人在殘疾人無障礙生活中的應用分析

陳凱家

摘? 要：仿真機器人集機械、電子、計算機、材料、傳感器和控制技術等多門科學于一身，模仿人的形態和行為而設計制造，一般分別或同時具有仿人的四肢和頭部，其技術代表著時代最新的高科技發展水平。該文根據仿真機器人在不同技術發展階段的技術和產品應用特點展開分析，通過研究仿真機器人在殘疾人生活起居中應用需求、應用可行性、應用范圍、應用前景、發展趨勢等內容，讓人們充分認識到仿真機器人對殘疾人無障礙生活的重要性。

關鍵詞：仿真機器人? 發展歷程? 應用特點? 殘疾人? 無障礙生活? 應用范圍

中圖分類號：TP391 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）08（a）-0041-04

Analysis on the Application of Simulation Robot in Barrier Free Life of Disabled People

CHEN Kaijia

（Shenzhen Senior High School， Shenzhen， Guangdong province， 518000 china）

Abstract： The simulation robot is designed and manufactured by imitating the shape and behavior of humans， which is composed of mechanical， electronic， computer， material， sensor and control technology. Generally， it has limbs and head respectively or simultaneously. Its technology represents the latest development level of high technology. In this paper， according to the characteristics of technology and product application of simulation robot in different stages of technology development， through the research of application requirements， application feasibility， application scope， application prospect， development trend and other contents of simulation robot in disabled people's daily life， people fully realize the importance of simulation robot for disabled people's barrier free life.

Key Words： Simulation robot; Development process; Application characteristics; Disabled; Barrier free life; Application scope

殘疾人包括了所有存在殘障和身心障礙的人，聯合國《殘疾人權利公約》指出“殘障，是傷殘者和阻礙他們與他人在平等的基礎上充分和切實的參與社會的各種態度和環境障礙相互作用所產生的結果”。《中華人民共和國國憲法》和《中華人民共和國殘疾人保障法》中都指出，公民在年老、殘障或者喪失勞動能力的情況下，有從國家和社會獲得物質幫助的權利，這是我國政府相關部門制定無障礙標準和建設工程無障礙設計的基本依據，為殘疾人、老年人等弱勢群體提供盡可能完善的服務。中國住房和城鄉建設部發布的第1354公告，制訂關于《中華人民共和國國家標準無障礙設計規范（Codes for accessibility design）GB 50763—2012》，批準《無障礙設計規范》為國家標準，編號為GB 50763—2012，自2012年9月1日起實施。隨著科技的應用和生活水平的提高，城市無障礙建設要求的標準和內容也越來越完善，而仿真機器人隨著智能技術的快速發展，功能也將更加完善，將仿真機器人應用到照顧殘疾人衣食住行生活當中，不僅可以消除殘疾人群體的心理壓力，豐富殘疾人精神世界，也可以提升殘疾人群體的生活質量，對殘疾人生活乃至社會產生積極影響，是實現殘疾人無障礙生活的重要工具。

1? 發展歷程和應用特點

1.1 發展歷程

機器人創新發展歷程分為如下4個階段：第一階段，發展萌芽期。1954年，第一臺可編程的機器人在美國誕生。1958年，美國發明家恩格爾伯格建立了Unimation公司，并于1959年研制出了世界上第一臺工業機器人。這一階段，隨著機構理論和伺服理論的發展，機器人進入了實用階段。第二階段，產業孕育期。1962年，美國AMF公司生產出第一臺圓柱坐標型機器人。1969年，日本研發出第一臺以雙臂走路的機器人。同時日本、德國等國家面臨勞動力短缺等問題，因而投入巨資研發機器人，技術迅速發展，成為機器人強國。這一階段，隨著計算機技術、現代控制技術、傳感技術、人工智能技術的發展，機器人也得到了迅速的發展。這一時期的機器人屬于“示教再現”（Teach-in/Playback）型機器人，只具有記憶、存儲能力，按相應程序重復作業，對周圍環境基本沒有感知與反饋控制能力。第三階段，快速發展期。1984年，美國推出醫療服務機器人Help Mate，可在醫院里為病人送飯、送藥、送郵件。1999年，日本索尼公司推出大型機器人愛寶（AIBO）。這一階段，隨著傳感技術，包括視覺傳感器、非視覺傳感器（力覺、觸覺、接近覺等）以及信息處理技術的發展，出現了有感覺的機器人。焊接、噴涂、搬運等機器人被廣泛應用于工業行業。2002年，丹麥iRobot公司推出了吸塵器機器人，是目前世界上銷量最大的家用機器人。2006年起，機器人模塊化、平臺統一化的趨勢越來越明顯。近5年來，全球工業機器人銷量年均增速超過17%，與此同時，服務機器人發展迅速，應用范圍日趨廣泛，以手術機器人為代表的醫療康復機器人形成了較大產業規模，空間機器人、仿生機器人和反恐防暴機器人等特種作業機器人實現了應用。第四階段，智能應用期。這一階段，隨著感知、計算、控制等技術的迭代升級和圖像識別、自然語音處理、深度認知學習等人工智能技術在機器人領域的深入應用，機器人領域的服務化趨勢日益明顯，逐漸滲透到社會生產生活的每一個角落。

1.2 基本特點

仿真機器人是模仿人類動作，具有互動交流功能的專業服務機器人。因此與傳統機器人（如工業機器人、電動輪椅、機械假肢、工業機械臂）相比，仿真機器人外觀更接近人，智能程度更高，還具備基本溝通交流能力，因此更具有親和力。除此之外，仿真機器人還結合了科技與情感的綜合產物，不僅僅功能智能，且思維以及外在形態上的高度仿真也賦予了它更高層次的智能。隨著技術水平的發展，仿真機器人的功能越來越完善，正被用于人類社會的各行各業，已經成為人類不可或缺的助力，比如發電廠的檢查、維護和災難響應，以減輕人類工人繁重而危險的工作，還有接受宇航員在太空旅行中的日常任務以及其他相似的用途，包括陪伴老人和病人，充當向導，以接待員的角色與客戶互動，甚至可能成為人類移植器官生長的宿主等。

2? 仿真機器人在殘疾人無障礙生活中的應用分析

2.1 應用需求分析

中國各類殘疾人總數已達8500萬，約占中國總人口比例的6.21%。殘疾人士根據誘因可以分為先天性殘疾人士和后天性殘疾人士，前者的治愈率相對較低，大部分都需要他人來照顧生活起居。后者多受到突發事故或疾病的影響導致殘障，部分殘疾人士可以經過康復訓練恢復正常生活，相比于先天性殘疾人士，后天性殘疾人的內心創傷比較嚴重，可能還伴有心理疾病，在受到他人照顧時，內心的壓力較大，更容易出現情緒的異常波動。仿真機器人的應用，能夠營造良好的溝通氛圍，而且可以為殘疾人提供日常所需的服務內容，使殘疾人不會有太多的心理負擔，從而可以積極地在日常生活中進行康復訓練，逐步基本實現無障礙生活，甚至回到正常人的生活水平當中。另外，仿真機器人能夠減少甚至解放殘疾人家庭中的其他成員的壓力，從而確保整個家庭生活的正常和穩定，而家庭生活的正常和穩定反過來又可以提高殘疾人本人的無障礙生活水平的保障，從而形成良性的正向循環。

2.2 應用可行性分析

1956年夏季由一批科學家在美國的達特茅斯大學舉辦了一次研討會，會議上同意使用由麥卡錫提出的新術語：人工智能（縮寫為AI），標志著人工智能學科的誕生。在科學技術快速發展的背景下，仿真機器人的功能屬性也在不斷拓寬，同時其思維運作模式也在很大程度上可以模仿正常人類。現在所生產出的仿真機器人不僅具備了力量感覺、語言溝通能力、行動能力、平衡能力等功能，而且還可以根據指令做出比較復雜的動作，如跳舞、快速移動等，這也使得仿真機器人更加貼近生活，成為了生活性人工智能[1]。殘疾人起居生活屬于生活類內容，生活類仿真機器人隨著不斷的技術升級，“智力”越來越接近人類，而且“情緒”穩定，使得將其用來照顧殘疾人變得越來越可行，特別也不會出現人類的情緒波動（如對殘疾人不耐煩，疏忽甚至歧視殘疾人等），因此更加適合對殘疾人群體的照顧。

2.3 應用范圍分析

仿真機器人可以應用到殘疾人起居生活的各個方面，幫助殘疾人實現無障礙地生活。應用范圍大概歸為以下四大類[3]。

（1）在智力方面。仿真機器人一方面可以對殘疾人提供知識學習平臺，激發殘疾人的學習興趣，提高殘疾人的智力水平;另一方面仿真機器人可以提供信息交流平臺，讓殘疾人實時了解世界資信。實現與社會交流的能力。（2）在人工情感交流方面，將情感注入計算機或機器人具有十分重要的意義，它使電腦向人腦的方向邁進了一大步，大大增強其使用功能，擴展了其應用范圍。如果機器人具有與人一樣的情感和意志，就具有了獨立的人格、自控的行為、自主的決策、創新的思維和自由的意志，就能夠在復雜的環境條件下，了解和猜測主人的價值取向、主觀意圖和決策思路，靈活性地、積極地、創造性地進行活動，使其運行過程具有更明確的目標性、更高的主動性和更強的創造性，圓滿完成主人交給的各種復雜的工作任務，從而在更大的工作范圍取代人。屆時，從純邏輯的角度來看，人與機器人就再沒有任何根本性差異了，這將是人工智能技術的一次重大飛躍。（3）在康復訓練方面。可以在仿真機器人程序內加入監測芯片，如電影《超能陸戰隊》中的“大白”一般，可以對病人目前的機能狀態進行監督，同時還可以引導病人進行康復訓練，由于殘疾人沒有過多的心理負擔，因此康復速度相較于傳統訓練模式要更快一些。（4）在安全預警方面。仿真機器人可以作為陪護來照顧殘疾人的生活，并且在殘疾人遇到危險時還可以發出求救信號，為殘疾人爭取到更多的救援時間。特別在災難預警方面，通過在仿真機器人內部安裝火警報警器檢測室內溫度、煙霧濃度以及空氣質量。在發現異常情況后，除發出警報信息外，還能夠幫助殘疾人移動至安全區域，確保殘疾人的生命安全[2]。

2.4 應用前景分析

中國乃至世界許多國家，除了殘疾人群體的需求，幼兒、老齡化等特殊人群的需要也日益迫切。許多養老院隨著老年人口數量的增加隨之興建，在傳統模式下需要配備一定數量的醫護人員，來照顧殘疾人的基本生活，但是受到醫護人員綜合水平的影響，許多不夠專業的醫護人員使患者家屬不滿，導致醫患關系惡化。仿真機器人的應用，可以填補醫護人員緊缺的空檔，同時還可以為殘疾人提供更加專業的服務，仿真機器人不僅僅提供更加優質的服務，也在一定程度上緩解了醫患關系。不僅是在養老院，在未來發展過程中，仿真機器人還會逐漸大量地入住到個人家庭當中，為家庭提供更加優質的服務。

2.5 發展趨勢分析

2.5.1 全方位的安全保障

無論在何時，安全問題一直都是人們最為關注的話題，在仿真機器人未來發展過程中，安全性始終都是需要考量的重點內容之一。具體來說，就是在設計仿真機器人各項參數時，需要從機械設計、傳統工業設計、人體工程學內容、心理學設計等內容展開考量，同時需要進行實驗模擬、風險評估等必要工作，以此提高仿真機器人的安全性。

2.5.2 個性化信息交互

殘疾人相比正常人而言，其自身生理機能相對較差，對此在設計仿真機器人時，不能只考慮其功能性問題，而是需要結合用戶自身的特點，針對性設計符合用戶與仿真機器人進行正常信息交互的界面，使仿真機器人可以準確接收到用戶下達的指令，提供準確的服務內容，從而提高仿真機器人的實用價值，使其可以為用戶提供更加優質的服務內容。

2.5.3 功能集成與模塊化

殘疾人在日常生活中，對于服務內容的要求存在著一定的差異性，如果按照通用化設計方式來完成仿真機器人設計，很難提供個性化的服務，降低了仿真機器人與用戶之間的契合度。在未來發展過程中，需要對仿真機器人的功能服務進行集成或模塊化劃分，在用戶提出請求時，可以直接從對應模塊中提取到對應的服務內容，從而提高仿真機器人的適用范圍，降低適用成本。

2.5.4 市場產品化

現階段，很多國家已經開始嘗試仿真機器人的產品化生產，據RIA機器人工業協會報道，仿真機器人市場在2023年將達到39億美元，在2017—2023年間，其復合年增長率（CAGR）將達到驚人的52.1%。不過從目前生產情況來看，還有很長的路需要去走。但是在未來的發展過程中，仿真機器人會逐漸向市場產品化靠攏，同時可以根據殘疾人的生活特點進行個性化設計，這樣可以最大限度地滿足殘疾人的生活需求，為殘疾人提供更加優質的服務內容。

2.5.5 人工情感化

除了上述內容外，仿真機器人在未來發展過程中，不會局限于對人體基本形態或者生活操作的模擬操作，而是會繼續向著人工情感化的方向進行發展，即沿著人類意識開發、人類情感等方向發展，這也使得仿真機器人可以更加了解殘疾人的內心想法，提供更好的精神服務。

3? 結語

綜上所述，隨著人工智能技術的迅速發展，仿真機器人作為其產物，在未來必然迎來爆發式的應用發展。仿真機器人在照顧殘疾人起居生活中，幫助實現無障礙的生活，對于提高社會結構穩定性起著積極的作用。

參考文獻

[1] 胡運強，朱明勛.仿人機器人運動姿態的動態多目標優化研究[D].哈爾濱工業大學，2019.

[2] 李劍，李輝.仿人機器人在殘疾人生活起居中的應用分析[J].中國醫療設備，2018，27（2）：57-61.

[3] 王雅晴.殘疾人無障礙設計和智能康復產品研究[D].浙江大學，2016.

[4] 李海濤.機器人控制技術特點與應用趨勢[J].科技創新導報，2018，15（7）：175-176.

[5] 金定浩.淺談工業機器人的發展現狀與趨勢[J].科技創新導報，2017，14（10）：1，3.

[6] 趙藝兵，王振豪，倪銀堂，等.拖動示教教學機器人研究與設計[J].實驗技術管理，2020（6）：128-131.