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《模式識別與人工智能》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輔助器具，但是我國康復醫療資源緊張，不能滿足老齡化社會下老人養老需求，助老助殘智能自適應機器人則可有效緩解康復醫療治療中資源供需上的矛盾，減輕社會家庭經濟負擔。在對智能自適應機器人輔助康復的醫學依據、老年人日常生活需求進行簡單介紹基礎上，對助老助殘智能自適應機器人控制系統及綜合展示平臺建立進行了詳細分析。

關鍵詞：智能自適應機器人；老齡化社會；綜合展示平臺

截止到2016年底，我國60歲及其以上人口已經達到23086萬人，占全國總人口的16.7%；其中65歲以上人口達到了15003萬人，占全國總人口的10.8%；預計2020年我國老年人口將達到2.48億，2025年60歲及其以上人口將達到3億，我國將會成為超老年型國家[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與日俱增，大量老年人需要康復輔助器具，但當前我國康復醫療的資源很緊缺，很多康復治療方法康復周期長，人員消耗大，但是康復的效果卻十分有限。為緩和康復醫療治療中資源供需上的矛盾，減輕社會家庭經濟負擔，將智能自適應機器人應用到老年康復領域，助殘助老，可確保康復訓練強度，為康復訓練提供準確客觀數據，提高康復效果。

1智能自適應機器人輔助康復的醫學依據

腦神經康復醫學專家對腦外傷、脊髓損傷、腦卒中等疾病所造成的中樞神經受損之后神經功能恢復的機理進行了研究。通過研究，專家們認為機體中樞神經系統可塑性強，且神經系統這種高度可塑性為中樞神經系統受損恢復可能性提供了重要的理論依據[2]。腦損傷患者中樞神經受損后在合理學習訓練下可以讓腦功能得到一定程度恢復。機體中樞神經受損之后能通過功能重組或者重建達到恢復，而神經系統功能恢復主要包括神經系統形態改變及神經系統的生理適應這兩個方面。對于人體來講，中樞系統受損，神經組織很難再生，但是神經組織功能能夠通過代償恢復。神經系統功能可塑性多發生在損傷早期或者是損傷后期，主要表現是神經新突觸的連接側枝出現發芽，進而休眠的突觸因神經發生而被活化，神經支配區轉移，并最終形成新神經通路。學者相關實驗已經證實受損的中樞神經系統其功能在特定功能訓練中會得到恢復，這為助老助殘機器人輔助康復技術的出現提供了理論依據。

2老年人日常生活需求

為了對老年人生活更好地照顧護理，滿足老年人適應需求，需按照老年人基本需求進行分類，并根據老年人基本需求進行照顧。按照國際通行標準，將“吃飯、上下床、穿衣、室內走動、洗澡、上廁所”這六項指標作為參照指標，有一項或兩項不能完成為輕度失能，有三項或四項不能完成為中度失能，有五項或六項不能完成為重度失能[3]。對于不同類型老人來講，他們對輔助康復器械的需求是完全不同的。輕度失能老人康復上的主要需求為：安全監護、精神慰藉還有醫療上的保健功能；中度失能老人康復上的主要需求為：安全監護、精神慰藉、康復訓練、用餐、出行、衛浴空間使用、精神上的慰藉還有其他生活輔助；重度失能老人康復上的主要需求為：安全監護、用餐、如廁、清潔及壓褥瘡的預防。對不同類型老年人康復需求的分析可以得知老年人生活上的康復需求主要包括安全監護、生活服務、醫療保健及學習交流這幾個方面，因此康復器械設計也需要從這四方面的需求出發，對老年人生理、心理特點充分考慮，結合人體工程等多種因素對助老助殘智能自適應機器人輔助康復系統進行設計，滿足老年人在日常生活中的各種需求[4]。

3智能自適應機器人綜合展示平臺的建立

3.1智能自適應機器人任務從不同類型

老年人日常生活需求可得出助老助殘智能自適應機器人的主要功能需要偏重于身體功能康復、代步、輔助作業等生活領域。按照老年人日常最常見的日?；顒?，選擇主要活動當作設計目標，對助老助殘智能自適應機器人進行設計。通過學者調研可得出老年人擁有150多項常見日常生活活動，從助老助殘智能自適應機器人設計可行性、應用適宜性等角度考慮，助老助殘智能自適應機器人可幫助老年人完成基本日?；顒印直鄣妮喴螜C器人為助老助殘智能自適應機器人的最佳選擇。這種機器人是在電動輪椅基礎模塊下，集人機交流、健康監測、輕型手臂、障礙規避感應系統、通訊系統及控制系統等眾多系統模塊為一體的綜合系統，老年人用戶可按照自身不同需求對機器人功能進行選擇[5]。

3.2智能自適應機器人綜合展示平臺的建立

（1）控制系統助老助殘智能自適應機器人控制系統采用分布式的結構，各個控制模塊通過CAN總線在主機上連接，并通過RS232-CAN模塊K7110對各個控制模塊進行管理控制，通過CANOpen協議讓各個模塊實現協調通訊。在總控制系統下，人體健康監測系統、測距傳感器、車載作業臂等模塊自成體系，實現了以人為主的遙控操作及傳感器基礎下的半自主操控。

（2）綜合展示平臺助老助殘智能自適應機器人綜合展示平臺如圖1所示，主要分安全監控、醫療保健、生活服務、交流學習這四大功能模塊。安全監護模塊：安全監護模塊可為行動不便、體質差的老年人提供身體狀況的實時指標，并可對老人身體生理參數進行檢測及監控，對所檢測到的參數進行危險評估，并可實現人員定位及無線數據通信等眾多功能。醫療保健模塊：醫療保健模塊能夠在網絡環境下，對多個患者實現遠程康復訓練，通過機器人異構式本體機構還有流變式無源電機實現對康復信息的檢測及遠程測控，并借助信息的多通道傳輸等技術構建老年人上、下肢的康復訓練參數，讓老年人在此參數下實現遠程肢體的康復訓練。生活服務模塊：助老助殘智能自適應機器人的生活服務模塊主要是要滿足腿部不適老年人的生活需求，通過多模式的人機交互技術，設計出了具有多種功能的可變形輪椅系統。此系統不僅擁有曲腿、抬背等基本功能，同時輪椅扶手還具有可旋轉功能，能在輪椅狀態下實現人體的支撐、控制；輪椅座椅下還擁有大小便電動升降機構，可解決老年人如廁問題；輪椅機器人還具有網絡信息的交互系統，能夠實現同醫生的遠程視頻交流，實現吃藥提醒及生理參數檢測等功能?？梢哉f助老助殘智能自適應機器人集多種功能為一體，可實現老年人多種生活服務功能，不僅使護理人員負擔大大減輕，還使老年人活動范圍擴大，獨立生活能力提高，生活質量得以保障。交流學習模塊：助老助殘智能自適應機器人存在多種娛樂形式，擁有豐富的更為人性化的語音交互功能，用戶可以在USB接口下在電腦上對機器人內容進行及時更新。助老助殘智能自適應機器人可基于語音對說話人的身份進行識別，同時還可通過語音為老年人提供體溫、脈搏、血壓等參數，讓老年人了解自身身體狀況，還能夠根據老年人需求為其提供個性化服務，為其構建友好界面，讓老年人可以同家人朋友進行視頻交流。

4結束語

當前我國已經步入老齡化社會，老年人口越來越多，腦外傷、腦卒中等疾病對老年人威脅越來越大，怎樣通過高科技手段不斷提升老年人生活質量是學者們要解決的首要問題。助老助殘智能自適應機器人在移動平臺基礎上對多種模塊進行集成，用戶可按照自身不同需求對模塊功能進行最佳優化。[6]從技術上講助老助殘智能自適應機器人擁有高度智能，擁有一定自主能力，從輔助醫療角度講，可幫助老年人進行上、下肢功能康復訓練，具有安全監控功能，可對老年人生理參數進行檢測監護，為老年人提供良好的護理照顧，改善老年人生活質量，滿足全方位科技養老需求。

參考文獻：

［1］蔡炯.機器人自適應主動同時定位與建圖新方法［J］.計算機測量與控制，2015，23（5）：1639-1642.

［2］姜毅龍，李許軍，王新震.基于自適應自觸發遠程控制的機器人路徑跟蹤研究［J］.機械研究與應用，2016，29（6）：10-14.

［3］張文君，盛維濤，袁宇鵬，等.智能輪式機器人離散模糊自適應PID控制研究［J］.制造業自動化，2015（8）：5-8.

［4］張明路，李凡，呂曉玲，等.被動自適應機器人機構學與運動機理研究［J］.華中科技大學學報（自然科學版），2017，45（3）：46-50.

［5］邢艷榮，秦佳偉，蘇彩云.基于自適應滑模控制的四輪全向移動機器人軌跡跟蹤方法研究［J］.機械傳動，2015（12）：39-43.

［6］胡佳佳，周翟和，沈超，等.一種自適應殘差補償算法在移動機器人姿態估計中的應用研究［J］.傳感技術學報，2015（3）：363-366.

作者：馬聰；毛瑞鵬；王巖 單位：長安大學