智能自適應(yīng)機(jī)器人綜合展示平臺(tái)探討范文

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《模式識(shí)別與人工智能》2017年第11期

摘要：在老齡化背景下，大量老年人生活上需要康復(fù)輔助器具，但是我國(guó)康復(fù)醫(yī)療資源緊張，不能滿足老齡化社會(huì)下老人養(yǎng)老需求，助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人則可有效緩解康復(fù)醫(yī)療治療中資源供需上的矛盾，減輕社會(huì)家庭經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。在對(duì)智能自適應(yīng)機(jī)器人輔助康復(fù)的醫(yī)學(xué)依據(jù)、老年人日常生活需求進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹基礎(chǔ)上，對(duì)助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人控制系統(tǒng)及綜合展示平臺(tái)建立進(jìn)行了詳細(xì)分析。

關(guān)鍵詞：智能自適應(yīng)機(jī)器人；老齡化社會(huì)；綜合展示平臺(tái)

截止到2016年底，我國(guó)60歲及其以上人口已經(jīng)達(dá)到23086萬(wàn)人，占全國(guó)總?cè)丝诘?6.7%；其中65歲以上人口達(dá)到了15003萬(wàn)人，占全國(guó)總?cè)丝诘?0.8%；預(yù)計(jì)2020年我國(guó)老年人口將達(dá)到2.48億，2025年60歲及其以上人口將達(dá)到3億，我國(guó)將會(huì)成為超老年型國(guó)家[1]。老齡化下，腦外傷、脊髓損傷、腦卒中等疾病所造成的殘障人口也會(huì)與日俱增，大量老年人需要康復(fù)輔助器具，但當(dāng)前我國(guó)康復(fù)醫(yī)療的資源很緊缺，很多康復(fù)治療方法康復(fù)周期長(zhǎng)，人員消耗大，但是康復(fù)的效果卻十分有限。為緩和康復(fù)醫(yī)療治療中資源供需上的矛盾，減輕社會(huì)家庭經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，將智能自適應(yīng)機(jī)器人應(yīng)用到老年康復(fù)領(lǐng)域，助殘助老，可確保康復(fù)訓(xùn)練強(qiáng)度，為康復(fù)訓(xùn)練提供準(zhǔn)確客觀數(shù)據(jù)，提高康復(fù)效果。

1智能自適應(yīng)機(jī)器人輔助康復(fù)的醫(yī)學(xué)依據(jù)

腦神經(jīng)康復(fù)醫(yī)學(xué)專家對(duì)腦外傷、脊髓損傷、腦卒中等疾病所造成的中樞神經(jīng)受損之后神經(jīng)功能恢復(fù)的機(jī)理進(jìn)行了研究。通過(guò)研究，專家們認(rèn)為機(jī)體中樞神經(jīng)系統(tǒng)可塑性強(qiáng)，且神經(jīng)系統(tǒng)這種高度可塑性為中樞神經(jīng)系統(tǒng)受損恢復(fù)可能性提供了重要的理論依據(jù)[2]。腦損傷患者中樞神經(jīng)受損后在合理學(xué)習(xí)訓(xùn)練下可以讓腦功能得到一定程度恢復(fù)。機(jī)體中樞神經(jīng)受損之后能通過(guò)功能重組或者重建達(dá)到恢復(fù)，而神經(jīng)系統(tǒng)功能恢復(fù)主要包括神經(jīng)系統(tǒng)形態(tài)改變及神經(jīng)系統(tǒng)的生理適應(yīng)這兩個(gè)方面。對(duì)于人體來(lái)講，中樞系統(tǒng)受損，神經(jīng)組織很難再生，但是神經(jīng)組織功能能夠通過(guò)代償恢復(fù)。神經(jīng)系統(tǒng)功能可塑性多發(fā)生在損傷早期或者是損傷后期，主要表現(xiàn)是神經(jīng)新突觸的連接側(cè)枝出現(xiàn)發(fā)芽，進(jìn)而休眠的突觸因神經(jīng)發(fā)生而被活化，神經(jīng)支配區(qū)轉(zhuǎn)移，并最終形成新神經(jīng)通路。學(xué)者相關(guān)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)受損的中樞神經(jīng)系統(tǒng)其功能在特定功能訓(xùn)練中會(huì)得到恢復(fù)，這為助老助殘機(jī)器人輔助康復(fù)技術(shù)的出現(xiàn)提供了理論依據(jù)。

2老年人日常生活需求

為了對(duì)老年人生活更好地照顧護(hù)理，滿足老年人適應(yīng)需求，需按照老年人基本需求進(jìn)行分類，并根據(jù)老年人基本需求進(jìn)行照顧。按照國(guó)際通行標(biāo)準(zhǔn)，將“吃飯、上下床、穿衣、室內(nèi)走動(dòng)、洗澡、上廁所”這六項(xiàng)指標(biāo)作為參照指標(biāo)，有一項(xiàng)或兩項(xiàng)不能完成為輕度失能，有三項(xiàng)或四項(xiàng)不能完成為中度失能，有五項(xiàng)或六項(xiàng)不能完成為重度失能[3]。對(duì)于不同類型老人來(lái)講，他們對(duì)輔助康復(fù)器械的需求是完全不同的。輕度失能老人康復(fù)上的主要需求為：安全監(jiān)護(hù)、精神慰藉還有醫(yī)療上的保健功能；中度失能老人康復(fù)上的主要需求為：安全監(jiān)護(hù)、精神慰藉、康復(fù)訓(xùn)練、用餐、出行、衛(wèi)浴空間使用、精神上的慰藉還有其他生活輔助；重度失能老人康復(fù)上的主要需求為：安全監(jiān)護(hù)、用餐、如廁、清潔及壓褥瘡的預(yù)防。對(duì)不同類型老年人康復(fù)需求的分析可以得知老年人生活上的康復(fù)需求主要包括安全監(jiān)護(hù)、生活服務(wù)、醫(yī)療保健及學(xué)習(xí)交流這幾個(gè)方面，因此康復(fù)器械設(shè)計(jì)也需要從這四方面的需求出發(fā)，對(duì)老年人生理、心理特點(diǎn)充分考慮，結(jié)合人體工程等多種因素對(duì)助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人輔助康復(fù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足老年人在日常生活中的各種需求[4]。

3智能自適應(yīng)機(jī)器人綜合展示平臺(tái)的建立

3.1智能自適應(yīng)機(jī)器人任務(wù)從不同類型

老年人日常生活需求可得出助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人的主要功能需要偏重于身體功能康復(fù)、代步、輔助作業(yè)等生活領(lǐng)域。按照老年人日常最常見(jiàn)的日常活動(dòng)，選擇主要活動(dòng)當(dāng)作設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)學(xué)者調(diào)研可得出老年人擁有150多項(xiàng)常見(jiàn)日常生活活動(dòng)，從助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人設(shè)計(jì)可行性、應(yīng)用適宜性等角度考慮，助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人可幫助老年人完成基本日常活動(dòng)。帶手臂的輪椅機(jī)器人為助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人的最佳選擇。這種機(jī)器人是在電動(dòng)輪椅基礎(chǔ)模塊下，集人機(jī)交流、健康監(jiān)測(cè)、輕型手臂、障礙規(guī)避感應(yīng)系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等眾多系統(tǒng)模塊為一體的綜合系統(tǒng)，老年人用戶可按照自身不同需求對(duì)機(jī)器人功能進(jìn)行選擇[5]。

3.2智能自適應(yīng)機(jī)器人綜合展示平臺(tái)的建立

（1）控制系統(tǒng)助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人控制系統(tǒng)采用分布式的結(jié)構(gòu)，各個(gè)控制模塊通過(guò)CAN總線在主機(jī)上連接，并通過(guò)RS232-CAN模塊K7110對(duì)各個(gè)控制模塊進(jìn)行管理控制，通過(guò)CANOpen協(xié)議讓各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)通訊。在總控制系統(tǒng)下，人體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、測(cè)距傳感器、車載作業(yè)臂等模塊自成體系，實(shí)現(xiàn)了以人為主的遙控操作及傳感器基礎(chǔ)下的半自主操控。

（2）綜合展示平臺(tái)助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人綜合展示平臺(tái)如圖1所示，主要分安全監(jiān)控、醫(yī)療保健、生活服務(wù)、交流學(xué)習(xí)這四大功能模塊。安全監(jiān)護(hù)模塊：安全監(jiān)護(hù)模塊可為行動(dòng)不便、體質(zhì)差的老年人提供身體狀況的實(shí)時(shí)指標(biāo)，并可對(duì)老人身體生理參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)及監(jiān)控，對(duì)所檢測(cè)到的參數(shù)進(jìn)行危險(xiǎn)評(píng)估，并可實(shí)現(xiàn)人員定位及無(wú)線數(shù)據(jù)通信等眾多功能。醫(yī)療保健模塊：醫(yī)療保健模塊能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對(duì)多個(gè)患者實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練，通過(guò)機(jī)器人異構(gòu)式本體機(jī)構(gòu)還有流變式無(wú)源電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)康復(fù)信息的檢測(cè)及遠(yuǎn)程測(cè)控，并借助信息的多通道傳輸?shù)燃夹g(shù)構(gòu)建老年人上、下肢的康復(fù)訓(xùn)練參數(shù)，讓老年人在此參數(shù)下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程肢體的康復(fù)訓(xùn)練。生活服務(wù)模塊：助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人的生活服務(wù)模塊主要是要滿足腿部不適老年人的生活需求，通過(guò)多模式的人機(jī)交互技術(shù)，設(shè)計(jì)出了具有多種功能的可變形輪椅系統(tǒng)。此系統(tǒng)不僅擁有曲腿、抬背等基本功能，同時(shí)輪椅扶手還具有可旋轉(zhuǎn)功能，能在輪椅狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)人體的支撐、控制；輪椅座椅下還擁有大小便電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)，可解決老年人如廁問(wèn)題；輪椅機(jī)器人還具有網(wǎng)絡(luò)信息的交互系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)同醫(yī)生的遠(yuǎn)程視頻交流，實(shí)現(xiàn)吃藥提醒及生理參數(shù)檢測(cè)等功能。可以說(shuō)助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人集多種功能為一體，可實(shí)現(xiàn)老年人多種生活服務(wù)功能，不僅使護(hù)理人員負(fù)擔(dān)大大減輕，還使老年人活動(dòng)范圍擴(kuò)大，獨(dú)立生活能力提高，生活質(zhì)量得以保障。交流學(xué)習(xí)模塊：助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人存在多種娛樂(lè)形式，擁有豐富的更為人性化的語(yǔ)音交互功能，用戶可以在USB接口下在電腦上對(duì)機(jī)器人內(nèi)容進(jìn)行及時(shí)更新。助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人可基于語(yǔ)音對(duì)說(shuō)話人的身份進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)還可通過(guò)語(yǔ)音為老年人提供體溫、脈搏、血壓等參數(shù)，讓老年人了解自身身體狀況，還能夠根據(jù)老年人需求為其提供個(gè)性化服務(wù)，為其構(gòu)建友好界面，讓老年人可以同家人朋友進(jìn)行視頻交流。

4結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)步入老齡化社會(huì)，老年人口越來(lái)越多，腦外傷、腦卒中等疾病對(duì)老年人威脅越來(lái)越大，怎樣通過(guò)高科技手段不斷提升老年人生活質(zhì)量是學(xué)者們要解決的首要問(wèn)題。助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人在移動(dòng)平臺(tái)基礎(chǔ)上對(duì)多種模塊進(jìn)行集成，用戶可按照自身不同需求對(duì)模塊功能進(jìn)行最佳優(yōu)化。[6]從技術(shù)上講助老助殘智能自適應(yīng)機(jī)器人擁有高度智能，擁有一定自主能力，從輔助醫(yī)療角度講，可幫助老年人進(jìn)行上、下肢功能康復(fù)訓(xùn)練，具有安全監(jiān)控功能，可對(duì)老年人生理參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)護(hù)，為老年人提供良好的護(hù)理照顧，改善老年人生活質(zhì)量，滿足全方位科技養(yǎng)老需求。

參考文獻(xiàn)：

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作者：馬聰；毛瑞鵬；王巖 單位：長(zhǎng)安大學(xué)