服務機器人在智慧社區發展中的功能性設計

鄒禮楊 曹偉智 魯迅美術學院

王昕鈺 沈陽師范大學

0 前言

信息技術的飛速發展與智能產品的出現，已逐漸被人們所認識到，智慧社區是未來社區的發展方向。目前，已有不少研究人員對智能機器人進行了研究，陳亮[1]等人從學術文獻角度提出規?；?、智能化、類人化和交互形式多樣化是未來服務機器人發展的重要趨勢。在智能技術方面，中國礦業大學圖書館[2]設計與實現了高校圖書館智能服務機器人語音互動、智能咨詢、信息播報、路線導引等智慧化服務。崔浩[3]等人將智能導診服務機器人融合了智能語意理解分析、圖形化可視界面設計、傳感器應用、路徑規劃、臉部識別等技術。在人機交互方面，陳俊濤[4]等人應用LD3320 語音識別模塊對語音進行檢測識別，實現了簡單的人機語音交互。田蔚瀚[5]等人進行了家庭機器人手眼協調識別技術與物品靈巧操作規劃方法的研究。

1 智慧社區的定義及發展趨勢

智慧社區的口號早在20 世紀90 年代末已經出現，從1997年開始，在John M Eger教授的領導下開始致力于智慧社區的建設與推廣[6]，出版了《智慧社區指導手冊》等成果。該組織將智慧社區定義為：有意識地使用信息技術改變其區域內的生活與工作，這是一種顯著的、根本性的而不是遞增式的改變方式。隨著信息技術的不斷發展，智慧社區將會給用戶帶來更多元化、豐富的應用體驗，智慧社區也將呈現更為集成化、智能化的發展趨勢。未來社區生活中，智慧社區的智能化元素將滲透到居民生活的各個層面[7]。

2 智慧社區現狀問題分析

2.1 設計目的與實踐中產生的額外成本之間的矛盾

智慧社區公共產品的設計是為了節約人力資源方面的開支，但在實踐中從服務執行者的角度來看，所謂的“智慧”之處主要建立在“互聯網+人工服務”的基礎上，如設備報修是通過互聯網平臺實現的，但需要服務人員到位處理；車輛占道是通過監控中心發現的，但需要保安人員到場協調等。于是，智慧社區只實現了表面的智能化，依然需要大量人力資源成本。

2.2 老齡化加劇對智慧社區服務類產品創新的迫切性

我國老年人口系數已于1999 年10 月達到10%，已正式進入老齡化社會。預計到2050 年，我國老年人口系數將達到34%，屆時我國將成為超老型社會國家。社區中空巢老人的數量也在逐年增加，老齡人口的心理孤獨感加重，心理需求問題不容忽視。且在老齡人口中，很大一部分人不適應日益更新換代的電子設施，對于不會使用智能設備的老年人或者缺乏文化知識基礎的人來說，想通過復雜的線上智能產品實現自身的服務，在沒有他人的幫助下，很難獨立完成。

圖1 人口老齡化預測趨勢

2.3 社區服務差異性不足

在居民生活空間中注入科學理念和專業設計固然能夠提升民生服務的規范化、標準化、一體化和均等化程度，但是采取“統一規劃，統一實施，統一接口”，由此產生的物業管理、智能樓宇、居家養老、安防監控等服務，其標準是“一刀切”的，這種屬性顯然不能與社區類型和居民樣貌的繁雜性與多樣性相適應，見表1。

表1 智慧社區現狀問題分析

3 社區智能服務機器人的設計研究

3.1 機器人功能需求研究

3.1.1 健康監測功能

隨著中國進入老齡化社會，以及獨生子女的普遍現象，獨居老人增多。由于老人身體各項機能的減退，大多數老人患有高血壓、高血糖等常見的老年慢性疾病，而子女由于工作忙碌，無法直接有效地及時獲得有關老人健康狀況的信息，因此智能機器人平臺建立的自助健康監測不失為一種低成本、高效率的方式。機器人根據定位規劃最合適的路線，乘坐電梯，找到指定的社區老人住所，老人僅需在家開門即可。老人根據智能服務機器人的語音指令，將手臂伸進機器人特定的傳感器端便可測量血壓、血氧、血脂以及其他生理數據，監測數據將儲存至網絡數據庫，建立專屬的健康檔案，并可長時間移動跟蹤、分析、評估，智能監測每位老人的健康狀況。當老人的生理數據出現異常時，系統可通過綁定平臺提醒家庭成員或社區工作人員及時調整，關注老人身體狀態或必要時緊急就醫，相當于社區獨居老人的線上私人醫生，見圖2。

3.1.2 獨居老人關愛功能

由于老年人接受新事物的能力變差，社交圈縮小，很容易缺乏安全感，尤其是空巢老人，心理會產生極度的孤獨感和空虛感，因此空巢老人的情感慰藉不容忽視。機器人與老人的互動應以直接語音交流、對話命令為主[8]。機器人作為獨居老人與社區、子女聯系的一個重要橋梁，老人可以通過直接與機器人對話，如發布“幫我聯系XXX”或“打視頻電話給XXX”等命令，機器人就會通過網絡電話的方式聯系到相關人員。機器人在聊天時可以按老人最感興趣的幾大方面如新聞資訊、日常寒暄、健康飲食和養身保健等作為語音聊天的主要內容。這些內容在機器開發設計時進行編程導入，使用時老人只需直接跟機器對話，機器人就會根據系統數據庫中的內容與老人進行語音聊天，且語音聊天內容會根據網絡信息內容自動更新，保證內容的時效性，見圖3。

圖3 陪伴關愛服務

3.1.3 社區安全監控功能

該功能在設計上以巡邏勘察和防疫測溫為主。機器人在巡邏中自主規劃路線，無死角進行巡邏篩查，主要包括社區環境巡視、視頻監控、異常情況探測和火災預警等，能部分或者全部代替人工執行安保任務。機器人屏幕上方的攝像頭可以360°旋轉，可彌補傳統監控系統位置固定、攝像頭存在死角的缺陷，能全面地監控作業。機器人通過傳感器與煙霧傳感器驅動系統，在感應到甲烷、丙烷和丁烷等有害氣體且達到一定濃度時，第一時間監測評估社區環境的安全等級，并自動觸發報警系統，提醒現場居民撤離，通知社區安保人員，保障居民的人身安全[9]，見圖4。

圖4 機器人危險預警功能

機器人在巡檢的同時還可運用紅外熱成像智能測溫系統，進行遠距離、大面積的非接觸式快速測溫，機器人僅需在人面前停留幾秒，便可獲取居民的體溫數據。一旦被測者體溫超過閾值，或遇到不戴口罩的居民，其屏幕上的攝像頭可第一時間對其進行捕捉拍照，并對其喊話提醒，見圖5。

圖5 機器人測溫功能

3.2 機器人交互性研究

社區智能服務機器人與居民的交互功能以行為動作交互、語音交互與APP交互為主。動作交互與語音交互操作簡單、通用性高，適合社區中的絕大部分人群，老人、兒童以及文化程度較低的居民適用性更高。機器人通過記錄手指的手勢和屏幕中的攝像頭來識別人的表情動作，配合語音交互的方式與此類居民實現交互行為[10]。界面APP可以連接手機，適合中青年與上班族等能夠使用復雜智能設備的人群，可以在線上進行遠程操作，應用更為方便靈活，見圖6。

圖6 機器人交互界面

3.3 造型與結構研究

智能機器人的高度設計應選擇低高度、低底盤、可升縮的設計，以適應社區中路面的復雜性。輪子設計選擇覆帶式輪子，見圖7。其接地較低，有較強的穩定性，爬坡能力超強，適用于社區常見的不平整路面或上坡等情況。在履帶式輪子的設計上，可以通過輪子中間的支柱改變輪子的高度來提高機器人的底盤高度，以便機器人能順路通過障礙物或地面積水。

為增加人機交互的舒適性，在機器人為老人進行健康檢測時應采取可伸縮設計?？紤]到居家老人一般以坐姿監測為主，通過機器人內部的支柱伸縮可到達老人坐姿最舒適的伸手高度的視線高度，同時也方便老人在測量后觀察到屏幕中的數據信息。此伸縮設計既能使機器人在健康監測時符合人機工程學，提高交互舒適性，又能在巡航模式時保證其穩定性。

圖7 履帶式輪子

機器人的側面設計了燈條，在機器人電量充足時呈現綠色，若機器人電量不足便會變成紅色警報，同時自動規劃返程路線，通知下一臺機器人準備替補。機器人的充電位置在后背，蓋子顏色與機身一致，隱蔽美觀，在充電時僅需將蓋子打開與專屬充電樁連接即可。在機器人的色彩選擇上采用了雙色制風格，以白灰黑冷色調為主，再用亮色（綠燈、藍光）作為點綴，讓機器人看起來既統一又有層次感，見圖8。

圖8 機器人的伸縮方式與充電接口

4 結束語

基于居民多樣性需求實現社區智慧化是本次研究的前提與基礎，本文對于社區服務機器人的創新性探索主要從功能性探索、造型與結構探索、趣味化探索這幾個方面展開，以用戶為中心、為設計方法，提出設計一款具有多功能模塊、適合社區環境背景的智能服務機器人。人工智能或機器人畢竟是技術手段的產物，除了考慮人工智能帶來的便捷與舒適，在未來的設計中應更注重與人的溝通和服務體驗，使智能服務機器人讓社區更溫暖、溫馨。