郭悦新 王宇 沈荣标 陈钰

摘 要：针对老年人服用药物、子女无法全天候进行陪伴成为当今社会常态问题，本文研制了一款基于ROS的智能老年助手机器人，它集智能导航与路径规划控制、智能监测、智能药物存储、远程视频交互等于一体，实现对老年人的智能化药物管理、智能化居家管理以及智能化远程监控管理，智能药箱、非接触式生理信号检测模块、音频交互等多模块与机器人本体的相结合，极大地丰富了智能老年助手机器人的功能，从而保证了老年人生理、心理健康，大大增加了实用价值。

关键词：ROS机器人;生理信号;智能药箱;老年助手

Research on Intelligent Elderly Assistant Robot Based on ROS Robot

Guo Yuexin* Wang Yuchong Shen Rongbiao Chen Yu

Tianjin University of Technology and Education Tianjin 300222

Abstract：Aiming at the problem that the elderly taking drugs and their children ;cannot be accompanied around the clock are the normal social problems in today's society，this article has developed a ROSbased intelligent elderly assistant robot，which integrates intelligent navigation and path planning control，intelligent monitoring，intelligent drug storage，and remote video interaction.One，to realize the intelligent drug management，intelligent home management and intelligent remote monitoring management for the elderly，the combination of intelligent medicine cabinet，noncontact physiological signal detection module，audio interaction and other modules with the robot body，greatly enriched.The functions of the intelligent elderly assistant robot are thus ensured to ensure the physical and psychological health of the elderly，which greatly increases the practical value.

Keywords：ROS robot;Physiological signal;Smart medicine box;Elderly assistant

隨着全球老龄化人口及慢性疾病患病率的增加，老年人服用药物已成常态[12]。但由于子女无法全天候陪伴与看护，造成老年人时常出现错服或漏服药物[3]，对老年人疾病的控制与治疗产生一定的影响。

新型的智能药箱、陪护机器人的研制为老年人的健康保驾护航。国内学者针对智能药箱、陪护机器人的研究日益成熟，例如天津某电子科技有限公司[4]研发的基于STM32的新型智能药箱，采用硬件+APP实现智能管理及提醒用药;重庆交通大学[56]研制的一款小型家用多功能智能药箱，解决了配药速度及结构空间紧凑，满足老年人独自居家使用。这在一定程度上解决了老年人服用药物问题，但功能相对简单，无法满足用户的高级需求。

因此本文提出了一种基于ROS的智能老年助手机器人，实现对老年人的智能化药物管理、智能化居家管理以及智能化远程监控管理等，以满足当代青年的智能化需求，在改善老年人健康居家生活提供一定参考。

1 智能老年助手机器人设计结构与功能

智能老年助手机器人的三维模型如图1所示。智能老年助手机器人主要由视觉模块、显示模块、药物储存模块、激光雷达模块、控制处理系统、红外视觉模块、限位开关模块、运动模块、电机模块以及电池模块等组成。智能老年助手机器人系统模块框架如图2所示。智能老年助手机器人主要致力于老年人群体的智能化药物管理、智能化居家管理以及智能化远程监控管理，以确保老年人的居家安全。

1.1 远程视频交互及监控功能

智能老年助手机器人系统，集视觉模块、显示模块和控制处理系统模块于一体，实现对老年人智能视频信息交互及远程老年人生理信号（心率、血压、体温等）监测功能，从而达到老年人的远程监护与陪伴。

1.2 智能环境感知及智能跟随功能

为保证老年人健康安全的实时监护，智能老年助手机器人通过激光雷达模块、红外视觉模块、视觉模块以及控制处理模块共同实现老年人周围环境信息的建模和对老年人身份识别与智能跟随。若视觉模块发现老年人异常（摔倒、危险操作），将进行“报警”处理。

1.3 药物智能化管理功能

为解决药物的智能化管理，智能老年助手机器人将药物储存系统分为两种模式：用户模式和管理员模式，通过药物储存模块（药物储存）、视觉模块（人脸识别）以及显示模块（药物信息、数量等），实现药物的智能分发及药物信息的智能化管理，進而避免出现药物混淆及误食等问题。

2 智能老年助手机器人硬件设计

智能老年助手机器人采用模块化设计，其主要系统如图2所示。

2.1 控制处理系统

由于保障智能老年助手机器人的正常运行对控制处理系统提出更高的要求。本研究主要选用ROS Kinetic版本的bobac控制处理系统[7]作为智能老年助手机器人的顶层控制系统，保障了智能老年助手机器人未知环境建模与视觉模块的应用实现，控制处理系统实物如图3所示。选取STM32F103ZE作为智能老年助手机器人底层控制系统，实现了对运动模块的控制、药物处理模块等的控制。

2.2 导航模块

智能老年助手机器人系统架构主要基于ROS机器人平台开发，利用激光雷达主要实现机器人定位与未知环境地图构建、路径规划和自主导航与避障功能。首先在机器人控制器中编写机器人运动Node（设置运行速度、整机直径等）;然后进行SLAM地图构建：激光雷达扫描环境场信息，自动标注环境场中存在的障碍物位置信息，实时显示高精度地图信息;最后运用Navigation导航并结合智能视觉识别模块，实现了智能老年助手机器人的智能导航与跟随功能。

2.3 药物存储模块

药物存储模块由多个分体式仓位组成，通过视觉模块及控制处理系统判断识别到用户需求药品时，驱动电机弹出装载相应药品的仓位并在显示模块上显示药物相关信息，语音提醒用户药物性质及服用方法。其中药物储存模块管理应用流程如图4所示。

2.4 监测模块

由于子女不能时刻陪伴在居家老人身边，一旦出现心率过高，心脏骤停、发烧等现象，其致死率极高[7]。智能老年助手机器人检测模块主要基于视觉模块进行人体生理信号的监测，利用视觉模块采集人体面部图像作为生理信号采集兴趣区域，采用ViolaJones人脸检测器对人脸部信息的自动初始化检测，并运用MRC算法、主成分分析、快速傅里叶变换及时/频转换等算法完成对血压、心率、血氧饱和度信号的提取，利用红外光和可见光双重验证测温技术实现老年人远程体温检测，从而达到老年人生理体征信息的自动预警、全局掌握功能。其中检测模块中人体生理信号测量流程图如图5所示。

结语

本文研发了一种基于ROS的智能老年助手机器人，集智能导航控制、智能监测、智能药物存储、远程视频交互等于一体，实现对老年人的智能化药物管理、智能化居家管理以及智能化远程监控管理等，一定程度上保障了老年人居家健康安全。

参考文献：

[1]张强，田海涛，崔煜.基于STM32的新型智能药箱的设计与实现[J].中国照明电器，2019（04）：1417.

[2]席润润，陶炎炎，张慧.智能药箱在社区老年人护理中的应用探究[J].科技风，2021（03）：1516.

[3]邬宗鹏，陈西忍，武卫华.温情助老药箱的设计与制作[J].机械工程师，2021（03）：3941+45.

[4]陈豹，孙梦凡.一种具有分类提醒功能的智能药箱设计[J].中国高新科技，2019（01）：98100.

[5]崔怡欣，刘宗伟，刘安彬，等.一款小型家用多功能智能药箱的设计[J].机电信息，2021（14）：3739.

[6]管明浩，王艳媛.基于STM32的家用智能药箱[J].电子技术与软件工程，2020（09）：7576.

[7]宋凯伦，喻恒.ROS移动医疗服务机器人的定位设计实现[J].科技视界，2021（03）：4749.

基金项目：天津职业技术师范大学大学生创新创业训练项目（202010066146）

*通讯作者：郭悦新（2001— ），女，本科，机械设计制造及其自动化专业，研究方向：智能机器人技术及应用。