助老助残机器人.ppt

,第十四届中国青少年机器人竞赛机器人创意比赛主题与规则,助老助残机器人,2013年9月,一、比赛主题的内涵和外延二、比赛主题的选题举例三、2014年创意比赛新规则的注意事项四、2014年创意比赛管理工作的思路五、机器人创意比赛优秀作品推荐六、机器人创意比赛的文化标签,一、比赛主题的内涵和外延,联合国人口年龄划分,（一）内涵老龄化己成为21世纪的全球性趋势。随着改革的深化和社会进步，我国也步入了老龄化的社会。我国人口的基数大，老龄化更将面临严峻挑战。按照联合国的标准，某地区65岁以上老龄人超过总人口的7%，该地区即可视为进入老龄化社会。据2011年第六次人口普查统计，我国有1.1亿老龄人，占总人口的8.7%。预计到2020年将达1.67亿人，约占全世界老龄人口6.98亿人的24%。青少年在不久的未来势必面临来自老龄人生存和服务方式的严峻挑战。,在世界上有5亿多残疾人，他们中有些人生活无法自理，有些人运动功能存在残障，在不同程度上影响到生活的质量。“助老助残机器人”旨在促进青少年走近这类弱势群体的生活，了解他们的生存状况，唤醒青少年的社会意识和良知，学会从关心他人的角度思考问题，同时激发创新灵感，借助助老助残机器人之“笔”勾画和谐社区、幸福家庭新生活的蓝图，让机器人更好地为人类服务。这对塑造和谐社会的核心价值观，提升青少年的社会责任感，培养健全的人格具有一定意义。,（二）外延助老助残，“助”的对象是“老龄人”和“残疾人”。这是一类特殊的群体，所以机器人应该有针对性，如考虑生理特点，运动功能的下降、缺失或数丧失等。助老助残，“助”的本质是通过机器人体现帮助。老龄人的生活需求既有精神层面的，也有生活层面的内容。残疾人在视力、听力、语言、肢体方面需要增强或者矫正，甚至多重残疾叠加在一起。广义理解“老龄人和残疾人”，很多人都在过着正常人的生活，需要承担各种家务事，因此清洁、清洗、保安、炊事、益智、娱乐、幼教等等都可以被纳入选题的范畴。狭义理解，他们也有特殊需求，应该从中提炼机器人所要参与和满足的独特功能，查明它们具体的科学原理、机理、机制、结构，归纳出机器人的创新点。机器人创新点只有聚焦在“老”和“残”上，才会体现新颖性。,二、比赛主题的选题举例,（一）正常老龄人生活对机器人的需求,（二）多面向特殊需求的选题监护机器人康复机器人医疗机器人假肢智能轮椅或其他步行机器人辅助犬可穿戴式助力机器人精神慰藉机器人信息终端机器人,2012年世界人均国民年收入水平（193国家和地区）,末位,107,首位,中国老龄化的特殊性（1）未富先老全球72个人口老龄化国家，人均年收入达一万美元的有26个国家，占36%。例如瑞典、日本、英国、德国、法国等发达国家在进入老龄化时，人均年收入己超过3万美元。我国在2012年只有4300美元，即经济发展和收入水平尚处于世界中下水平，却提前进入了发达国家的老龄化社会水平。老龄化的加速对经济社会都将产生巨大的压力。,全球国家（193）人均年收入水平分类,（2）老龄化的增速快于世界平均水平（上图）到2020年我国老龄人口（65岁）将达1.67亿人，约占全世界老龄人口6.98亿人的24%。（3）空巢现象全国约有2340多万65岁以上的空巢老人，京、沪、津高达30%以上。其中不能自理、丧偶、患慢性病和老年痴呆症人数多，需要社会养老和社区服务。,监护机器人：有些重症“老残者”失去自理能力，需要卧床或加强病症的监视与护理，例如在病床上的变换体位、换乘、起卧、入浴、如厕、进食等等。在这些应用场合，机器人可以充当护工的角色。,一个护工多少钱/月？国民何时有能力雇佣机器人护工？,康复机器人：指恢复身体机能，促进患者自主训练和治疗的专用机器人，如用于改善四肢运动功能，防止功能减退，受伤关节的恢复性训练，步行训练等等。（关节置换手术？）,科学和定量地描述肢体运动功能康复程度,医疗机器人：外科手术、手术辅助（术前定位导航）、诊断、显微手术机器人等等,“达芬奇”外科手术机器人,有三头四臂（3平台、4操作臂），高1.8m（成都）西南医院耗资2000万元,前列腺微创手术,心脏外科微创手术,胶囊式内窥镜机器人,放大图,（1）名称：2010年/血管微型机器人（2）1mm5mm，靠外部磁场驱动，产生自转，12001800转/分钟。目标在冠状动脉、大静脉、大动脉等粗血管内移动，疏通被血栓堵塞的血管。它已经在迷你猪的血管内做了首次试验，因为迷你猪的血流速度（0600mm/s）以及脉搏与人类比较接近。移动路线由CT预编程，X光机实时监控,假肢假臂和假腿过去的假肢主要考虑外观和装饰性，随生活质量的改善，现在正向作业型和能动型发展。,PetmanPetman由波士顿动力公司研发的美军实验防护服装，有“双腿”，能自动维持平衡，灵活行动，行走、匍匐、应对有毒物质等，还能调控自身体温、湿度和排汗量来模拟人类生理学中的自我保护功能，达到最佳的测试效果。行进速度5.1km/h，几乎和真人无异,刀锋战士奥斯卡皮斯托瑞斯南非，残疾人100、200、400m短跑世界纪录保持着。2012年12月12日曾战胜阿拉伯纯种马“玛莎拉蒂”。2013年2月14日涉嫌枪杀女友利瓦斯腾坎普而受审。,义肢产自冰岛，5080层碳素纤维，价值1.5万,各种类型的人工膝关节,肘触媒筒,肘作动缸,燃料罐,肘部阀门,前臂触媒筒,前臂阀组,气体管线,前臂作动缸,动力上肢,智能轮椅或其他步行机器人：承载老残患者，用机器的移动代替步行功能，或者在骨折、中风后训练肌肉力量的步行支援设备。,智能轮椅带GPS、IC标签、无线LAN等，可自动到达目的地，是各类老龄人和行走残疾人,导盲犬最早出现的年份？辅助犬：包括导盲犬、导听犬、护理犬，牠们可分别为视力、听力、肢体功能丧失的患者提供服务。,1819年维也纳世界首个导盲犬训练营问世。100年后，在第一次世界大战中很多德国兵失去视力，导盲犬因此火了起来。选导盲犬，要上溯三代血统，查生理、遗传疾病、性格、行为等，若基因天生就是导盲犬的料，会大大提高训练的成功率。训练一条优秀的导盲犬既严格也很困难，要求牠心态平和，熟记主人的物品、起居习惯、行动路线，对身边小鸡、小猫等的嬉闹挑逗无动于衷。训练过程虽慢，但学会后会终生不忘。小犬与主人的配对训练在出生10个月后即开始了，要默契到成为主人的眼睛、助手、忠诚伙伴和家庭成员。牠们的上岗期约10年，退休后将继续成为家庭的一员。不过，有各国都有一个法律是否允许导盲犬出入公众场合的问题。导盲机器人在血统、训练、退休、准入法律等均无问题，但在亲情方面肯定不敌导盲犬。,可穿戴式助力机器人：是将人体和外骨骼机器人结合，通过下肢实现运动控制，为下肢提供助力的一种机器人。它可以提高或者扩展老残者的负荷能力、运动机能。例如负重更大，行走强度更高，耐久时间更长等，也可以为残疾人提供治疗和矫形。,载人行走的机器人该机器人在丰田展区，身高2.36m，体重200kg，行走速度1.35km/h,背包、计算机等,电池,动力装置,髋、踝、膝关节传感器,支撑部分,地面反力传感器,（a）BLEEX机器人,（b）日本气动助力服,Shadow英国Shadow公司研制的五指灵巧手。2002年展出后在2004年开始商品化批量生产。驱动源是人工肌肉。5个手指4DOF。加上腕部共计24DOF。该设计成功指出在于，它是目前世界上第一个完全模仿人手自由度设计的灵巧手；其次达到了商业化目标,精神慰藉机器人：安慰老龄人心理，丰富精神生活的机器人。例如机器宠物。,索尼爱宝机器狗,精神慰藉机器人PARO模外形仿海豹幼子，憨态可掬。有视觉、听觉、触觉、姿态、温度等感知，肢体、头尾、眼和脸部可做出鲜活情态。在医院或老年人中心开展动物疗法，具有心理效果（放松、提神等）、生理效果（稳脉、缓压）、社会效果（人-动物交流），比真动物好。在儿童和高龄者中做过多次测试，如脸譜、夜啼、自闭症、失语比较。,宠物机器人与治疗师,信息终端机器人：在移动（多为轮式）机器人的内部嵌入基于平板电脑的计算机系统，可以通过互联网和无线通讯与外部联网，完成远距离遥控、监视、交流等功能，在家庭内部可以实现操作各种电器开关、邮件收发、简单作业、安保巡查等任务。,三、2014年创意比赛新规则的注意事项,忌套用前一届创意比赛“社区志愿者”的作品。“现场问辩”分为“封场评审”、“封闭答辩”两个环节。封场评审：展示第一天，专家赴各展台评审。每项作品5分钟讲解与演示，510分钟的提问。封闭答辩：展示期内专家每天将随时、随机地通知各组别（1/31/2）的作品进入指定的“封闭答辩室”质疑与答辩。提前30分钟通知代表队，队员规范着装参加答辩，10钟PPT陈述（事先准备），专家10分钟质询。营造学术氛围。封闭问辩PPT内容含五个部分：创意来源、创意要点、结构特点、制作过程、演示效果。内容着重陈述“三自性”，即创意题目的“自选性”、创作过程的“自主性”，以及完成作品的“自制性”。除参赛学生选手外，其他人均不得进入展示场区。参赛作品全程展示，不得提前撤展，缺席封闭答辩将被扣分。,四、2014年创意比赛管理工作的思路,更上层楼的抓手在教练员：学生是主体，但是“流水”；教练员是主导，是“营盘”。主导对主体导向。规范研究报告：要年年讲，会会讲，3/5年治愈“痼疾”。“仕途讲科举，梨园讲科班，和尚讲受戒”专业素养。关键看教练。推进“三自”：创意题目“自选性”、创作过程“自主性”、完成作品“自制性”。部分作品倾全校/全家/社会/科研所之力，不足以代表青少年真正的水平。处理好“面子”和“里子”的关系：形象工程（面子）成绩斐然，但提高青少年创新能力才是“谋事”的出发点。各校、教练员要保持客观、清醒的认识，防止挣“面子”，丢“里子”。大学抄袭、侵权不断，在中小学就应该培养产权意识，不“因小失大”。“零投诉”：12位评委来自8省市，更新率33%，以博士为主。专业造诣精深，结果具有科学和权威性。,（1）申报程序同于往年从“中国青少年机器人教育在线网站”申报，全程电子信息管理，申报和评审无纸化。网上申报截止日期：2014年6月5日24点前，内容包括：（a）机器人创意比赛项目电子申报表1份；（b）研制报告1份。该报告的文字与图表（外观图、结构图、原理图等）共计不超过5页，另附作品彩色照片、但数量不超过5幅；（c）机器人动作演示的视频资料13分钟；（d）项目研发所需材料清单一份；（e）项目运行的完整程序设计（程序设计可以使用图形程序设计），使用的语言不限。按时、完整、规范地提供上述材料，将作为申报作品资格审查与项目初评的重要依据。凡未达到合格要求者，将被视为初评不合格，而取消参加全国终评的资格。,五、机器人创意比赛优秀作品推荐,标杆作品（一）2010年仿生机器水黾（上海）,【简介】构想参考了卡内基梅隆大学、哈工大的类似作品，但又不同。实验获得纯水表面张力系数：在19.7下为7.280102N/m。计算羽毛浮力：羽毛尺寸5cm1cm（长宽）。羽轴两侧斜生许多并行的羽支，各羽支两侧又排列羽小支。羽支远端的1列羽小支有许多羽纤支。表面张力的有效长度粗略估计为100cm左右。计算得表面张力约7g。设计了支架电路+驱动系统质量5g。成本50元RMB,【点评】项目体现两个科学知识点：1）有对羽毛疏水性产生的表面张力的初步分析。2）水黾的仿生原理。在制作（包括电路）和实验的基础上做成可演示的机器人。成本低！研究报告17页太多！,标杆作品（二）2013年皮影戏机器人（合肥庐阳高中）,【点评】德国慧鱼套件搭建创意可分成几个层次：故事和情节的简单模仿；（一般项目）技术（科学原理）工程（制作）；（上海水黾）技术工程艺术；（重庆孔雀开屏）技术工程艺术文化（内涵）。（合肥、香港）目前仅极少数作品达到此境界，是目标。,【点评】“粤剧大使”2012主题仿生机器人结合环保，用瓦楞紙粘接作为躯干材料，有创新。计算机绘图后经激光切割，再将平面纸一张张粘接成立体结构，有点3D打印制造的意思。仿人形设计，做艺术表演，还着力宣传保护粤剧这个优秀的非物质文化遗产，契合主题，寓意好，意涵了艺术与文化的创意。所以在创意和制作方面都很用心。研制报告也不错6页,标杆作品（三）2012年粤剧大使（香港高中）,六、机器人创意比赛的文化标签善豫、践行、自信、大度,善豫：“巧者善度，智者善豫”“度”是计划和谋划，“豫”指思考和怀疑。张中行：旧北大让人“疑”，新北大让人“不疑”。“善豫”就是善于思考和创新。创意和创新最重要的素质是怀疑和叛逆，卓尔不群、独树一帜、特立独行、与众不同。（1955年出生的乔布斯是那个年代叛逆文化的产物。他一度痴迷披头士，标新立异，特立独行，认为大学课程没意思就毅然退学。所以其产品也追求个性，拒绝兼容。南方某城制定了一个“培养计划”，拟花费5000万培养50个乔布斯，以便打造该城产业创新的标杆，这靠谱吗？因为“叛逆精神”是创新必须具备的重要的品质，而非金钱）。创意补赛中指导教师的任务就是启发学生“疑”，挖掘他们思维的火花。,践行：“知行合一，知易行难”（明代王阳明）知不易，