摘要：随着全球人口老龄化进程加速，我国 60 岁及以上人口占比已突破 20%，“养老难” 问题日益凸显 —— 一方面，专业养老护理人员缺口超千万，传统人工照料难以覆盖日常起居、健康监测等多元需求；另一方面，独居、半失能老人的安全防护、生活自主性需求亟待满足。智能机械
随着全球人口老龄化进程加速，我国 60 岁及以上人口占比已突破 20%，“养老难” 问题日益凸显 —— 一方面，专业养老护理人员缺口超千万，传统人工照料难以覆盖日常起居、健康监测等多元需求；另一方面，独居、半失能老人的安全防护、生活自主性需求亟待满足。智能机械臂作为融合机械工程、人工智能与养老服务的创新载体，可通过模块化设计、柔性交互与智能感知，实现养老场景下的 “生活照料、健康监测、安全防护” 三大核心功能，为破解养老资源短缺、提升老人生活质量提供技术方案。本文将从设计目标、核心功能模块、关键技术支撑、结构与交互设计及安全保障体系五个维度，系统阐述智能机械臂的养老功能设计。
智能机械臂的养老功能设计需紧扣老年人的生理特点（如肌肉力量衰退、动作协调性下降、感知能力减弱）与心理需求（如对 “自主性” 的渴望、对 “陌生设备” 的抵触），明确三大核心目标：
功能实用性：覆盖 “衣食住行” 全场景基本需求，如助餐、助浴、助行、衣物整理、药物提醒等，替代人工完成重复性、体力型照料任务；操作简易性：避免复杂按键或触屏操作，以语音、手势、习惯记忆等 “低门槛” 交互方式，适配老年人的操作能力；安全可靠性：通过柔性结构、力控感知、应急机制，杜绝机械碰撞、夹伤、漏电等风险，同时保障健康数据隐私不泄露；情感适配性：减少 “冰冷机械” 的疏离感，通过个性化服务（如记忆老人生活习惯）、温和交互（如语音语调优化），提升老人接受度。结合老年人日常高频需求，智能机械臂采用 “模块化拆分 + 场景化集成” 设计，将核心功能分为三大模块，各模块可独立运行或联动协作，适配家庭、养老院等不同场景。
生活照料是养老的基础需求，也是智能机械臂的核心应用场景。该模块通过 “末端执行器 + AI 视觉识别 + 力控调节”，实现多场景照料功能，解决老人 “动作不便” 的痛点。
助餐功能：从 “备餐” 到 “喂食” 全流程协助食材处理：机械臂搭载 “多功能末端夹爪”（硅胶材质，防滑且柔软），可通过 AI 视觉识别定位餐具、食物（如米饭、蔬菜、汤品），利用力控传感器控制夹取力度（夹取米饭时力度≤5N，避免捏碎；夹取汤勺时力度≤8N，防止滑落）；温度适配：末端夹爪集成红外温度传感器，实时检测食物温度（最佳范围 40-50℃），若温度过高（＞60℃），机械臂会自动暂停喂食，并通过语音提醒 “食物偏烫，请稍等”；喂食适配：根据老人咀嚼能力调整喂食速度（默认每 15 秒 1 口，可通过语音指令 “慢一点”“快一点” 调节），喂食角度可通过关节自由度调节（默认 30° 倾斜，避免食物洒落），同时通过视觉识别老人张嘴动作，精准将食物送入口中，避免触碰嘴唇或牙齿。助浴与个人清洁功能：防水设计 + 柔性操作防水防护：机械臂主体采用 IPX6 级防水设计，末端执行器使用食品级硅胶材质，可直接接触水；基座与核心电路部分采用密封结构，防止浴室水汽侵入；分区清洁：针对老人难以触及的背部、腿部，机械臂可通过 7 自由度关节调整角度，末端夹爪更换为 “清洁刷配件”（刷毛柔软度≥邵氏硬度 30A），配合温水（水温 38-40℃，由内置水温传感器实时监测），以 50 次 / 分钟的频率轻柔擦拭；安全辅助：浴室内安装红外距离传感器，机械臂实时检测老人与浴缸、墙面的距离，若老人出现站立不稳（如身体倾斜角度＞15°），机械臂会立即伸出辅助扶手（末端夹爪切换为 “扶手模式”），提供支撑力（最大支撑力 500N，满足老人起身需求）。衣物整理与助行功能：适配日常起居场景衣物处理：机械臂通过 AI 视觉识别区分衣物类型（上衣、裤子、袜子），利用 “柔性夹爪” 抓取衣物（夹取力度≤3N，避免衣物变形），并按照预设程序折叠（如折叠衬衫时先对齐领口，再折叠袖子，最后对折），折叠后自动放入衣柜指定区域（通过 RFID 标签定位衣柜分区）；助行辅助：机械臂基座设计为 “可移动轮式结构”（最大移动速度 0.5m/s，避免过快导致老人摔倒），前端伸出可调节高度的扶手（高度范围 0.8-1.2m，适配不同身高老人），老人手握扶手时，机械臂通过力控传感器感知老人行走力度，同步调整移动速度，若老人突然停步，机械臂立即制动，防止拖拽。老年人健康监测需避免 “被动等待”，智能机械臂可通过 “主动上门监测 + 数据实时传输”，实现血压、心率、血氧等基础指标的常态化管理，同时联动医疗平台实现异常预警。
主动式生理指标监测设备集成：机械臂末端可搭载 “便携式健康监测套件”（包括腕带式血压计、指夹式血氧仪），通过语音提醒老人 “该测量血压了”，并主动移动至老人身边，协助老人佩戴监测设备（如将腕带血压计缠绕至老人手腕，力度适中，避免过紧）；数据采集：监测完成后，数据通过蓝牙实时传输至机械臂主控系统，系统自动对比正常范围（如血压正常范围 90/60-140/90mmHg），若指标异常（如收缩压＞150mmHg），立即通过语音提醒老人 “血压偏高，请休息片刻后再次测量”，并同步将数据发送至子女手机 APP 及社区医院健康平台；长期记录：机械臂内置数据存储模块，可记录 3 个月内的监测数据，并生成 “健康趋势图表”（如每周血压变化曲线），子女或医护人员可通过授权访问查看，辅助制定健康管理方案。药物提醒与协助服用药物管理：机械臂基座集成 “智能药盒”（分为 7 个分区，对应一周 7 天，每个分区可存放当日早中晚药物），通过 AI 视觉识别药物类型与剂量，避免错服；定时提醒：系统根据预设时间（如早上 7 点、中午 12 点、晚上 7 点），通过语音提醒老人 “该吃药了”，并从药盒中取出对应药物，放入专用药杯（杯体标注 “早”“中”“晚” 字样），同时准备温水（水温 40℃左右）；服用协助：对于手部灵活度差的老人，机械臂可通过末端夹爪将药片送至老人嘴边，协助服用，确保药物按时按量摄入。老年人安全风险主要集中在 “跌倒、意外呼救、居家隐患” 三大类，智能机械臂通过 “传感器监测 + 联动报警”，构建全场景安全防护网。
防跌倒监测与应急支撑实时监测：机械臂搭载 “3D 视觉摄像头 + 毫米波雷达”，可实时捕捉老人步态（如步宽、步速），若检测到步态异常（如步速突然变慢、身体倾斜），或老人距离地面高度＜0.5m（疑似跌倒），立即触发预警；应急响应：若确认老人跌倒（通过视觉识别老人倒地姿态），机械臂立即移动至老人身边，伸出辅助扶手，同时通过语音询问 “您还好吗？需要帮助起身吗？”，若老人回应需要，机械臂以 “缓慢提升” 模式（提升速度≤0.1m/s）协助老人起身，避免二次伤害；若老人无回应，系统自动拨打紧急联系人电话（子女、社区急救站），并发送跌倒位置与时间信息。紧急呼救与居家隐患排查一键呼救：机械臂扶手处设计 “大尺寸紧急呼救按钮”（直径 5cm，红色高对比度设计，便于老人识别），老人按压按钮后，机械臂立即启动呼救流程（拨打紧急电话、播放求救语音 “请帮帮我”），同时联动家中智能门锁，授权急救人员临时开锁；隐患排查：机械臂可定期（如每天早上 9 点）对居家环境进行安全排查，通过视觉识别检测 “燃气阀门是否关闭”“电源插座是否过载”“地面是否有积水或障碍物”，若发现隐患（如燃气泄漏，通过内置燃气传感器检测），立即关闭燃气阀门，并语音提醒老人 “发现燃气泄漏，请开窗通风”，同时通知子女。智能机械臂的养老功能实现需依赖四大核心技术，解决 “精准识别、柔性操作、简易交互、数据联动” 等关键问题。
AI 视觉识别与行为预测技术基于深度学习的目标识别算法（如 YOLOv8），可精准识别老人、家具、衣物、药物等目标，识别准确率≥95%，即使在弱光环境（如夜间卧室），也可通过红外摄像头实现识别；行为预测算法通过学习老人日常行为习惯（如每天早上 8 点起床、12 点吃午饭），可提前 10 分钟准备对应服务（如起床前预热衣物、午饭前准备餐具），提升服务主动性。柔性力控与运动控制技术机械臂关节搭载 “扭矩传感器”，可实时检测末端执行器的受力情况，当夹取力度超过预设阈值（如接触老人皮肤时力度＞5N），立即触发减速或停止指令，避免夹伤；采用 “7 自由度关节设计”（肩、肘、腕等关节均可灵活转动），运动范围覆盖 1.5m 半径区域（满足家庭客厅、卧室等场景需求），运动精度可达 ±0.1mm，确保喂食、穿衣等操作精准。多模态人机交互技术语音交互支持普通话、方言（如粤语、四川话）及简单英文，语音识别准确率≥92%，可过滤环境噪音（如电视声、雨声）；触控交互采用 “大字体、高对比度” 触控屏（字体大小≥24 号，对比度 1000:1），支持滑动、点击等简单操作；手势交互支持 “挥手唤醒”“点头确认”“摇头取消” 等基础手势，适配手部灵活度差的老人。物联网与数据融合技术机械臂通过 WiFi、蓝牙与家中智能家居（如智能灯、智能窗帘、智能血压计）联动，实现 “一站式” 服务（如协助老人起床后，自动打开窗帘、点亮灯光、调节室温）；健康数据通过加密传输协议（如 HTTPS）存储至本地服务器或云端，仅授权人员（子女、医护人员）可通过密码或人脸识别访问，保障数据隐私。结构设计：安全、便捷、适配空间基座设计：采用 “加重底盘 + 静音万向轮”，底盘重量≥15kg，防止机械臂倾倒，万向轮带有制动功能，停止时可锁定；基座高度 0.6m，便于老人触摸操作；机械臂主体：采用轻量化铝合金材质，总重量≤10kg，避免占用过多空间（收缩状态下占地面积≤0.5㎡），可在家庭狭窄通道（宽度≥0.8m）内灵活移动；末端执行器：采用 “模块化设计”，可快速更换夹爪、清洁刷、健康监测套件等配件（更换时间≤30 秒），配件均采用圆角设计，避免尖锐边缘划伤老人。交互设计：低门槛、人性化语音提示：采用 “温和女声”（语速≤120 字 / 分钟，音调适中，避免过高或过低），操作步骤分步骤提示（如 “请将手腕放在血压计上，正在测量”）；记忆功能：可存储 3 个常用用户的习惯（如老人 A 喜欢米饭温度 45℃，老人 B 喜欢洗澡水温 39℃），切换用户时自动适配；故障提示：若机械臂出现故障（如电量不足、配件脱落），通过语音 + 灯光（红灯闪烁）提醒，并显示简单故障排除方法（如 “电量不足，请连接充电器”）。目前，该智能机械臂已在 3 家社区养老院及 50 户独居老人家庭开展试点应用，试点数据显示：老人对助餐、助行功能的满意度达 90%，健康监测数据的准确率达 98%，防跌倒预警响应时间＜10 秒，有效降低了居家安全风险。
未来，智能机械臂可进一步优化三大方向：一是降低成本（目前试点产品成本约 2 万元，目标降至 1 万元以内，提升普及性）；二是增强个性化适配（如针对失智老人增加 “记忆唤醒” 功能，通过语音、图片提醒老人身份信息）；三是融合医疗级功能（如集成血糖监测、心电图检测，实现 “日常照料 + 基础医疗” 一体化服务）。
综上，智能机械臂通过 “功能模块化、技术智能化、交互人性化、安全全方位” 的设计，可有效填补养老服务缺口，帮助老年人实现 “自主生活、安全保障、健康管理” 的需求，为智慧养老体系建设提供重要技术支撑。
来源：医学顾事