基于ROS的家用老年服务机器人设计
电子技术应用
赵泽北，冯沛林，谢晓睿，张静
北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院
摘要： 针对当前老年服务机器人存在的问题，如智能语音功能单一、感知能力不足和集成化水平不高等，设计了一款具有人脸识别、语音交互和摔倒检测功能的机器人。该机器人基于机器人操作系统（ROS）开发，配备Jeston Nano主控板和ZED2i双目立体相机等多种传感器。通过基于Haar特征和LBPH算法的人脸识别、利用百度语音API和Alpaca-2模型实现的语音交互，以及基于ZED2i双目相机的摔倒检测，为老年人提供更加综合、智能的护理服务。实验结果显示，该机器人在人脸识别、语音交互和摔倒检测方面均表现出色。
中圖分類號：TP242 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245342
中文引用格式： 趙澤北，馮沛林，謝曉睿，等. 基于ROS的家用老年服務機器人設計[J]. 電子技術應用，2025，51(4)：54-59.
英文引用格式： Zhao Zebei，Feng Peilin，Xie Xiaorui，et al. Design of a home-based elderly service robot using ROS[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(4)：54-59.
中文引用格式： 趙澤北，馮沛林，謝曉睿，等. 基于ROS的家用老年服務機器人設計[J]. 電子技術應用，2025，51(4)：54-59.
英文引用格式： Zhao Zebei，Feng Peilin，Xie Xiaorui，et al. Design of a home-based elderly service robot using ROS[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(4)：54-59.
Design of a home-based elderly service robot using ROS
Zhao Zebei，Feng Peilin，Xie Xiaorui，Zhang Jing
School of Automation Science and Electrical Engineering， Beihang University
Abstract： Addressing the current issues with elderly service robots, such as limited intelligent voice functions, insufficient perception capabilities, and low integration levels, this paper designed a robot with features including facial recognition, voice interaction, and fall detection. The robot is developed on the Robot Operating System (ROS) platform, equipped with a Jeston Nano main control board, a ZED2i stereo camera, and various other sensors. By employing facial recognition based on Haar features and LBPH algorithm, voice interaction using Alpaca-2 model, and fall detection based on ZED2i stereo camera, it provides more comprehensive and intelligent care services for the elderly. Experimental results demonstrate excellent performance of the robot in facial recognition, voice interaction, and fall detection.
Key words : elderly service robot；robot operating system （ROS）；facial recognition；voice interaction；intelligent perception
引言
隨著人口的快速老齡化，服務于老年人口的具有醫療護理、日常照料等功能的智能設備需求日益增加，運用以人工智能、云計算、物聯網為代表的智能化技術成為助老機器人的發展趨勢[1-4]。
家用老年服務機器人經過幾十年的發展，形成了情感交流、運動輔助與生理監測三大類型機器人。美國Jibo Inc公司于2018年開發了一款面向老年人的情感陪護機器人Jibo，Jibo具有兩個可以轉動的關節從而通過簡單的動作表達情感，此外還能提供天氣預報和音樂點播服務，但是機器人無法提供在線聊天服務[5]。以色列Intuition Robotics公司于2020年開發了一款老年情感陪護機器人ElliQ，ElliQ能夠提供管家和咨詢等服務，但是不能自主運動，互動氛圍較差[6]。我國的優必選公司針對智慧養老不同領域的不同問題研發了一系列機器人，其中的優頤然機器人可以實現語言交流、人臉檢測等功能，但是目前應用場景局限于醫療機構、養老機構服務場所，沒有對家用場景進行適配[7]。
綜上，目前的家庭老年服務機器人依舊存在智能語音功能單一、感知功能不足與集成化水平不高等問題，亟需與人工智能等技術進行結合提供更加綜合、智能的護理服務[8-10]。針對這些問題，本文設計了一種兼具運動輔助與情感交流功能的老年綜合服務機器人，利用先進的人工智能模型進行語音識別，實現了人臉識別、語音交互與摔倒檢測的集成。
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作者信息：
趙澤北，馮沛林，謝曉睿，張靜
（北京航空航天大學 自動化科學與電氣工程學院，北京 100191）
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