基于圖像識別技術的老年智能陪護機器人設計研究

摘要：目的：隨著我國老齡化日益加快和城鎮化快速發展，獨居老人數量急劇增加，為了解決護理人員不足、醫療資源有限等養老問題，老年人口的陪護需求重心逐步轉移到陪護機器人上。方法：文章對現有陪護機器人的種類及技術進行相關調研與對比分析。結果：老年人居家養老情境下的陪護機器人目前大多停留在產品設計創意階段，或以相關智能保健產品的形態出現，并沒有量產上市的老年陪護機器人產品。基于目前老年人智能家庭陪護機器人市場存在較大空缺的現實情況，文章首先對社會背景、使用場景及實際產品情況進行探究，對相關政策以及陪護機器人的發展和分類進行分析；其次，基于圖像識別技術對陪護機器人進行研究；最后，基于老年人的實際需求對陪護機器人的功能進行設計。結論：文章設計了一款基于圖像識別技術、具有健康監測功能的老年陪護機器人，以填補市場空白，滿足老年人的陪護需求。

關鍵詞：圖像識別；老年人；智能陪護機器人

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2024）03-0-03

1 陪護機器人的分類

1.1 生活陪護機器人

生活陪護機器人是一種專為老年人、病患和身體有特殊需求的個體提供生活照顧服務的智能機器人，它們能夠檢測使用者的健康狀態、提醒用藥并提供飲食建議等。生活陪護機器人通常具備較強的人機交互能力，能夠感知和理解用戶的需求，并提供相應的服務。此類機器人的設計通常注重人性化，重視使用者的心理及情緒的變化，因此其外觀和行為接近人類，易于使用者接受和與之互動［1］。同時，它們還具備一定的自主學習能力，能夠根據用戶的行為和喜好不斷優化服務內容。

1.2 訓練機器人

康復訓練機器人是一種專為需要康復鍛煉的病患提供個性化康復訓練方案的智能機器人。它們的主要目標是幫助病患盡快恢復身體功能，提高生活質量。康復訓練機器人能夠根據患者的病情和需求制訂合適的康復訓練計劃。康復訓練機器人在患者訓練過程中可以實時監測患者的狀態。此外，它們還可以通過數據分析和反饋，幫助醫生和患者了解康復進程，以便及時調整后續治療方案。

1.3 心理陪護機器人

心理陪護機器人是一種專門提供心理支持和關懷的智能機器人，旨在幫助使用者緩解心理壓力，保持心理健康。心理陪護機器人能夠與使用者進行有效的溝通和互動，為用戶提供心理疏導、情緒調節等服務，因此大多數心理陪護機器人采用較為可愛的外觀造型，并搭配對應的表情與動作。心理陪護機器人通常具備強大的自然語言處理能力，能夠理解和回應用戶的情感需求。它們可以通過語音、表情、肢體語言等方式與用戶建立聯系，給予關心和支持。此外，心理陪護機器人還可以根據用戶的需求提供專業建議，如心理治療方法、生活調整策略等。

1.4 醫療輔助機器人

醫療輔助機器人是一種專為醫療行業提供輔助服務的智能機器人，旨在提高醫療服務的效率和質量。它們的主要功能包括輔助手術、藥物管理、病患監測、康復訓練等。在手術方面，醫療輔助機器人能在醫生的指導下進行精確的手術操作，降低手術風險，縮短手術時間。藥物管理方面，醫療輔助機器人擁有藥物自動分發、用藥監測和提醒等功能，確保病患用藥安全。

2 圖像識別及其他技術在陪護機器人領域的應用

2.1 圖像識別技術在陪護機器人領域的應用

圖像識別技術的核心在于使計算機系統能夠像人類一樣理解圖像信息，并基于此進行分類和判斷。圖像識別系統由視覺傳感器、圖像采集系統和圖像處理系統等組成，這些組件使機器人擁有視覺定位、目標分類和追蹤的功能。圖像識別技術是通過機器所采集的圖像進行數字化處理、濾波、增強、分割和特征提取等操作，以獲得更清晰、更易分析的圖像信息。同時，通過訓練機器學習算法或深度學習神經網絡，使計算機能夠自動識別和分類圖像中的對象、場景或模式。在醫療機器人領域，圖像識別技術一般包括人臉識別、指定對象識別、視覺定位與導航、動作與行為分析等。通過圖像識別技術，機器人可以有效認知和理解現實世界，并通過指定程序分析所獲取的信息，輸出相關結論。機器人領域中圖像識別處理一般流程為：原始圖像—圖像采集—數字圖像—圖像預處理—灰度圖像—圖像分割—圖像特征提取—圖像識別與分析。

2.2 陪護機器人的其他技術特色

陪護機器人的服務對象是人，因此除了圖像識別技術以外，還需要其他的相關技術進行輔助與支撐。老年陪護機器人的服務對象是高齡者，更需要對老年人的各類需求進行分析，補充與完善機器人的功能，從而能夠應對更特殊及更復雜的情況［2］。

2.2.1 SLAM技術

SLAM技術是指通過攝像頭對機器人進行定位的技術。移動是陪護機器人的基礎功能，定位是其所有任務的基礎。同時，還要明確機器人與使用場景中的物體間的位置關系，從而完成精確的陪護任務。SLAM技術可以使機器人自主、高效地認知室內場景環境，并建立全局地圖，同時SLAM技術的進步也為機器人探測環境、靈活躲避障礙物提供了可能，為陪護機器人在不同使用場景下的自主移動提供了技術支撐。

2.2.2 智能語音技術

智能語音技術是目前機器與人交互的基礎，對老年人來說更易于掌握和使用。目前，計算機端語音識別技術不僅能識別出用戶的語義信息，還能對使用者的語音進行情感識別。借助當前的云技術，語音服務對硬件的要求顯著降低。同時，語音識別的準確率和速度得到了提升，從而優化了用戶體驗，使人機交互更加自然。

2.2.3 AI深度學習技術

AI深度學習技術是人工智能與深度學習技術的應用結合，在分析樣本數據的規律與表示層次的同時，更智能化的一種計算方法。作為一種較為成熟的計算機技術，它可以通過分析文字、圖片、視頻、音頻等，對樣本進行挖掘與學習，實現對信息的處理，使機器也有類似人類的學習能力，并且在使用過程中對產品和交互方式進行即時優化與升級。

3 老年智能陪護機器人的設計定位

3.1 針對老年人需求的功能分析

3.1.1 日常護理

老年陪護機器人的日常護理功能，應涵蓋老年人的衣食住行等各個方面。針對老年人的不同身體狀況，提供營養膳食指導，定制適合老年人的餐食，并聯系老年服務餐飲中心配餐與送餐到老年人家中。對于那些行動不便、不能自理的老年人，陪護機器人應幫助或輔助解決其移動的問題，比如幫助老年人從床上移動到椅子上、日常行走等。老年人的記憶力不斷下降，陪護機器人的提醒功能應包括提醒老年人吃藥、待辦事項等。

3.1.2 健康監測

老年陪護機器人應能夠監控老年人的健康狀況，24小時全天候監測老年人的身體情況。通過機器人內置的一些健康監測設備，老年人能定期了解自己的身體狀況，當一些身體指標出現異常，機器人應具備緊急聯系或報警功能，及時聯系社區醫生，對老年人進行治療。

3.1.3 情感陪護

為老年人提供情感支持和陪伴是陪護機器人必備的功能，能幫助老年人緩解孤獨感、焦慮和抑郁等負面情緒［3］。當老年人想與親朋好友聯絡時，機器人應通過自帶的視頻通話設備，幫助老年人實現視頻通話。陪護機器人應與老年人進行交流等，能夠運用方言，傾聽他們的需求與感受。陪護機器人可以模擬社交互動，與老年人進行簡單的交流和互動，可以分享笑話、故事、音樂等內容，使老年人身心放松。機器人可以成為老年人日常生活的伙伴，減輕他們的孤獨感。

3.1.4 行為監測

老年陪護機器人應該具備監控老年人行為、狀況的功能，而圖像識別技術可以幫助機器人進行行為分析。機器人可以通過圖像識別技術觀察和分析老年人的日常行為，例如飲食、睡眠、運動等，然后根據這些信息為老年人提供個性化的生活建議，幫助他們提高生活質量。當老年人發生意外，如突然摔倒時，機器人應該立即監測并及時聯系緊急聯系人，面對其他緊急情況如突發的火災等，要能及時聯系社區和相關部門。

3.1.5 環境監測

老年陪護機器人應具備環境監測功能，通過圖像識別技術幫助機器人進行物體識別。例如，機器人可以識別出老年人生活中的常用物品，例如藥瓶、眼鏡等，并幫助老年人找到這些物品。圖像識別技術可以幫助機器人進行環境感知，例如，機器人可以識別出門窗是否關閉、火源是否關閉、是否有足夠的照明、是否有濕滑的地面等，從而保證老年人的安全。

3.2 老年陪護機器人的設計實踐

3.2.1 外觀造型

本設計主要外觀線條受到熊貓形態的啟發。熊貓的特征能迅速喚起老年人親和動物的聯想。通過大面積的圓滑曲面，提升機器人的親和力。其整體設計避免了尖銳的幾何形態，在保證產品安全的同時，增強老年人對其的親切感，滿足了他們的情感需求，有助于減輕孤獨感。

3.2.2 功能細節

圖1為老年智能陪護機器人的功能說明圖，該陪護機器人功能區主要分為三部分：頭部、身體與腿部。機器人的頭部主要包含圖像識別視覺模塊、環形麥克風陣列以及情感表情顯示屏；身體部分主要包含隱藏式可升降健康監測儀模塊；腿部主要由可翻開的儲藏盒與可差速轉向輪組成。

健康監測儀位于機器人身體的中間部位（見圖2），使用者只需要發出相關指令，機器人就會自行降下滑板，健康監測儀隨之伸出并適當調節高度，接觸使用者的身體即可采集所需的身體數據。由于老年人坐姿不同，所以對機器人健康監測儀的高度進行了可調節設計，可以根據使用者的不同體型進行調節。

3.2.3 材質色彩搭配

機器人的主體采用了黑白配色，首先基于仿真設計，參考了自然界熊貓的配色，同時，黑白配色能使機器人具有較強的穩重感、科技感。其次，加入了淡藍色的產品輔色，能夠體現出產品的專業感，并且打破傳統認知里純白醫療產品所帶來的冷漠感，在增強產品時尚感的同時能減少老年人對機器人的抗拒情緒。材質方面，主體選擇磨砂樹脂，翻蓋部分選擇鋁磨砂金屬。黑色的手部、耳部等部件能與主體的白色形成對比。

4 結語

本文對通感在食品包裝設計中的應用進行研究，從色彩要素、圖形要素以及肌理材質這幾個方面進行論述，得出了通感這一設計語言在食品包裝設計中發揮著積極作用的結論。在食品包裝設計中應用通感，能夠更準確地向消費者傳遞商品信息，以促進消費行為良性發展。同時，在互聯網經濟高速發展的背景下，包裝設計要跟上時代的步伐，滿足不斷變化的需求。

參考文獻：

［1］ 支艷利.家用陪護機器人語音交互與控制系統研究［D］.昆明：昆明理工大學，2017：16.

［2］ 劉珊，蘭智高.養老服務機器人的技術發展趨勢［J］.計算機測量與控制，2019，27（7）：1-6.

［3］ 吳磊，孫悅，盛芹芹.基于BP神經網絡的老齡智能陪護機器人造型意象研究［J］.設計藝術研究，2023，13（4）：5-8，13.

作者簡介：趙允杰（1996—），男，上海人，碩士在讀，研究方向：產品造型藝術及應用實踐。

莊怡（1987—），女，湖北潛江人，博士，講師，研究方向：城市色彩規劃與景觀設施使用評價。