王繼業(yè)+李悅灃+吳佳星

2014春節(jié)期間，我和幾位同學(xué)來(lái)到蘭州八里窯社會(huì)敬老院看望爺爺奶奶，陪他們一起歡度佳節(jié)。

在與爺爺奶奶聊天時(shí)，他們大多有這樣的感觸：“老人越來(lái)越孤獨(dú)，年輕人越來(lái)越灑脫?！甭牭剿麄兊男穆?，我們希望自己能做點(diǎn)什么，于是想到設(shè)計(jì)一個(gè)護(hù)愛型機(jī)器人，以滿足老人的護(hù)理和關(guān)心的需求，讓他們不再孤單。

一、設(shè)計(jì)目標(biāo)

護(hù)愛型機(jī)器人無(wú)需人工遙控，機(jī)器人本體裝有感知、處理、決策、執(zhí)行等控制系統(tǒng)的樂高機(jī)器人NXT和傳感器，在NXT控制器內(nèi)編入程序就能自動(dòng)完成各項(xiàng)擬人任務(wù)。

機(jī)器人體內(nèi)裝有語(yǔ)言識(shí)別對(duì)話模塊，便于與老年人語(yǔ)音交流；它還具備良好的自主性和適應(yīng)性，可根據(jù)環(huán)境變化調(diào)節(jié)自身參數(shù)、調(diào)整動(dòng)作策略來(lái)處理緊急情況；也可模仿所輸入的人的性格特點(diǎn)與他人交流。

二、工作方式

1.護(hù)理方式

繁重的家務(wù)不適合老年人來(lái)做，所以護(hù)愛型機(jī)器人可承擔(dān)一些家務(wù)，如搬運(yùn)雜物、打掃衛(wèi)生等。

2.關(guān)愛方式

通過(guò)與老人對(duì)話，緩解老人的孤單情緒；通過(guò)一定的肢體動(dòng)作，如牽老人的手、與老人一起散步等，讓他們有一種兒女陪在身旁的感覺，達(dá)到關(guān)愛目的。

3.工作方式

護(hù)愛型機(jī)器人除了能自行移動(dòng)、定位、收集分析信息外，還能通過(guò)體內(nèi)樂高NXT編程控制系統(tǒng)、各種功能傳感器、電子語(yǔ)言對(duì)話識(shí)別互交傳感系統(tǒng)，根據(jù)老人的情緒動(dòng)作變化、語(yǔ)言對(duì)話而做出相應(yīng)的反應(yīng)，扮演老人“兒女”的角色。

三、結(jié)構(gòu)功能

1.本體機(jī)械結(jié)構(gòu)

護(hù)愛型機(jī)器人由頭部、眼睛、機(jī)身、手臂、腿等構(gòu)成。通過(guò)各種驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)裝置及控制系統(tǒng)的協(xié)同配合，在確定空間范圍內(nèi)移動(dòng)。

2.控制系統(tǒng)

由電腦編程輸入給樂高NXT編程的控制系統(tǒng)中，控制方式為智能控制，通過(guò)傳感器獲得周圍環(huán)境信息，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識(shí)庫(kù)做出相應(yīng)決策?？刂撇呗缘闹饕莻鞲衅骺刂啤⒂|覺控制、視覺控制、聽覺控制和自適應(yīng)控制。

3.傳感器

本機(jī)器人使用的傳感器主要有超聲波傳感器、觸碰傳感器、光電傳感器和語(yǔ)言識(shí)別模塊等。通過(guò)不同傳感器信息的互補(bǔ)，獲得外界完整的信息，了解老人的情緒變化，以便及時(shí)做出相應(yīng)的反應(yīng)。

4.語(yǔ)言識(shí)別對(duì)話模塊

這是護(hù)愛型機(jī)器人的主要?jiǎng)?chuàng)新系統(tǒng)，可根據(jù)老人指令為老人播放音樂，與他們對(duì)話聊天，完成各項(xiàng)任務(wù)。

四、制作調(diào)試

第一階段

李悅灃、吳佳星進(jìn)行機(jī)器人功能和外表裝飾設(shè)計(jì)，王繼業(yè)在老師的指導(dǎo)下用廢棄木龍骨制作主體，在底部安裝機(jī)器人動(dòng)力馬達(dá)和清潔衛(wèi)生毛刷傳動(dòng)系統(tǒng)。主體制作如圖1。

第二階段

用樂高積木搭建具有傳動(dòng)功能的機(jī)器人頭部、胳膊和手抓部分，安裝在制作好的機(jī)器人主體上。并在機(jī)器人體內(nèi)安裝LD3320語(yǔ)言識(shí)別控制開發(fā)板模塊系統(tǒng)、NST控制器和各種信息收集傳感器系統(tǒng)、音響等控制電路系統(tǒng)。如圖2。

第三階段

對(duì)機(jī)器人各部分功能進(jìn)行編程測(cè)試，調(diào)整編程數(shù)據(jù)，修改完善機(jī)器人各部分功能，使其能更好地幫助老人。

五、進(jìn)一步設(shè)想

我們?cè)O(shè)計(jì)制作的護(hù)愛型機(jī)器人有較強(qiáng)的科學(xué)性、創(chuàng)新性和實(shí)用性。今后，我們還計(jì)劃進(jìn)行如下改進(jìn)。

1.雖然護(hù)愛型機(jī)器人能完成指定的功能任務(wù)，但在機(jī)器人語(yǔ)音識(shí)別對(duì)話控制功能編程中，我們遇到了很多問(wèn)題，特別是在網(wǎng)購(gòu)的LD3320非設(shè)定語(yǔ)言識(shí)別開發(fā)板資料不夠全面的情況下，盡管請(qǐng)教了機(jī)器人廠家技術(shù)員，但由于語(yǔ)言識(shí)別模塊是新開發(fā)的模板，最終未能達(dá)到設(shè)計(jì)的目標(biāo)，仍需進(jìn)一步探究。

2.這款機(jī)器人的外表已經(jīng)趨向于人，但四肢運(yùn)動(dòng)不夠靈活，靈活性有待提高。

3.機(jī)器人能自主執(zhí)行的動(dòng)作不夠多，只適合執(zhí)行簡(jiǎn)單任務(wù)，如何讓它成為多功能的任務(wù)型機(jī)器人，還需進(jìn)一步研究。（指導(dǎo)老師：許燕春施秉忠）