老吾老以及人之老

王继业+李悦沣+吴佳星

2014春节期间，我和几位同学来到兰州八里窑社会敬老院看望爷爷奶奶，陪他们一起欢度佳节。

在与爷爷奶奶聊天时，他们大多有这样的感触：“老人越来越孤独，年轻人越来越洒脱。”听到他们的心声，我们希望自己能做点什么，于是想到设计一个护爱型机器人，以满足老人的护理和关心的需求，让他们不再孤单。

一、设计目标

护爱型机器人无需人工遥控，机器人本体装有感知、处理、决策、执行等控制系统的乐高机器人NXT和传感器，在NXT控制器内编入程序就能自动完成各项拟人任务。

机器人体内装有语言识别对话模块，便于与老年人语音交流；它还具备良好的自主性和适应性，可根据环境变化调节自身参数、调整动作策略来处理紧急情况；也可模仿所输入的人的性格特点与他人交流。

二、工作方式

1.护理方式

繁重的家务不适合老年人来做，所以护爱型机器人可承担一些家务，如搬运杂物、打扫卫生等。

2.关爱方式

通过与老人对话，缓解老人的孤单情绪；通过一定的肢体动作，如牵老人的手、与老人一起散步等，让他们有一种儿女陪在身旁的感觉，达到关爱目的。

3.工作方式

护爱型机器人除了能自行移动、定位、收集分析信息外，还能通过体内乐高NXT编程控制系统、各种功能传感器、电子语言对话识别互交传感系统，根据老人的情绪动作变化、语言对话而做出相应的反应，扮演老人“儿女”的角色。

三、结构功能

1.本体机械结构

护爱型机器人由头部、眼睛、机身、手臂、腿等构成。通过各种驱动、传动装置及控制系统的协同配合，在确定空间范围内移动。

2.控制系统

由电脑编程输入给乐高NXT编程的控制系统中，控制方式为智能控制，通过传感器获得周围环境信息，并根据自身内部的知识库做出相应决策。控制策略的主要是传感器控制、触觉控制、视觉控制、听觉控制和自适应控制。

3.传感器

本机器人使用的传感器主要有超声波传感器、触碰传感器、光电传感器和语言识别模块等。通过不同传感器信息的互补，获得外界完整的信息，了解老人的情绪变化，以便及时做出相应的反应。

4.语言识别对话模块

这是护爱型机器人的主要创新系统，可根据老人指令为老人播放音乐，与他们对话聊天，完成各项任务。

四、制作调试

第一阶段

李悦沣、吴佳星进行机器人功能和外表装饰设计，王继业在老师的指导下用废弃木龙骨制作主体，在底部安装机器人动力马达和清洁卫生毛刷传动系统。主体制作如图1。

第二阶段

用乐高积木搭建具有传动功能的机器人头部、胳膊和手抓部分，安装在制作好的机器人主体上。并在机器人体内安装LD3320语言识别控制开发板模块系统、NST控制器和各种信息收集传感器系统、音响等控制电路系统。如图2。

第三阶段

对机器人各部分功能进行编程测试，调整编程数据，修改完善机器人各部分功能，使其能更好地帮助老人。

五、进一步设想

我们设计制作的护爱型机器人有较强的科学性、创新性和实用性。今后，我们还计划进行如下改进。

1.虽然护爱型机器人能完成指定的功能任务，但在机器人语音识别对话控制功能编程中，我们遇到了很多问题，特别是在网购的LD3320非设定语言识别开发板资料不够全面的情况下，尽管请教了机器人厂家技术员，但由于语言识别模块是新开发的模板，最终未能达到设计的目标，仍需进一步探究。

2.这款机器人的外表已经趋向于人，但四肢运动不够灵活，灵活性有待提高。

3.机器人能自主执行的动作不够多，只适合执行简单任务，如何让它成为多功能的任务型机器人，还需进一步研究。（指导老师：许燕春施秉忠）