安安--全年龄段健康陪伴机器人

安安（原安宝）智能健康守护机器人 项 目 说 明 文档版本：V1.0 整理日期：2026-08-30 一句话定位：一台「看得见身体、听得见心事」的 AI 健康陪伴机器人，面向更年期与独居老年女性，非接触式守护她的体温、心率、情绪与安全。 一、说明问题（为什么做） 服务对象：45~60 岁更年期女性，以及独居 / 空巢的老年女性。 独居安全之痛：子女不在身边，老人跌倒、突发不适往往「事后才知道」，甚至无人知晓；传统跌倒报警是事后的，而我们想把它变成事前的提醒。 女性健康盲区：更年期带来潮热出汗、睡眠中断、心悸焦虑、关节酸痛、情绪烦躁等一系列体感变化，市面手环/血压计大多不覆盖，长辈自己也说不清、羞于启齿。 「忍痛不说」：长辈习惯克制隐忍、强颜欢笑，子女难以察觉身体与心理的真实状态；孤独与抑郁风险被长期低估（CLHLS 等队列研究显示独居与孤独显著相关）。 缺乏陪伴：生理数据只能「告知」，不能「陪伴」；长辈真正需要的是一个懂她、不评判、随时在的倾听者。 核心痛点一句话：如何在不打扰、不穿戴、非接触的前提下，既看护她的身体，也接住她的情绪，并让远方的家人安心。 二、方案（怎么做） 2.1 产品形态 一台基于树莓派 4B 的移动机器人「安安」，双目式「RGB 摄像头 + MLX90640 远红外热成像」看脸知健康，配语音对话与 AI 陪伴，检测结果本地落库并经腾讯云 COS 上云，家属在网页端、长辈在手机端分别查看。 2.2 系统架构（双核异构 + 云） 层级 内容 上位机（大脑） Raspberry Pi 4B 4GB（64 位 Linux），承担全部感知、决策、算法与上云，主状态机驱动「巡逻→接近→对准→稳定→测温→上报」闭环 下位机（小脑） STM32F103C8T6 裸机 C，100Hz 实时执行层（PWM/编码器 PID/超声波/串口协议），0.8s 心跳超时自停兜底 底盘 WHEELTEC R1 四轮两驱差速底盘（仅作结构件） 传感器 MLX90640 热成像(32×24) · 树莓派 Camera V2.1 · HC-SR04 超声波 ×2 · MG513 编码器电机 交互 GC9A01 圆屏（表情眼睛）· MAX98357A 喇叭 · USB 麦克风 云端 腾讯云 COS（公有读）→ FastAPI 后端 + PostgreSQL → React 双端看板 2.3 核心能力 非接触测温：MLX90640 热成像取眉心 ROI 求额温，环境温度补偿 + 复测确认降误报；左右脸颊温差（炎症/循环指标）分析。 女性健康专项：潮热检测（波形先升后降，区别于发烧持续高温）、忍痛指数（强颜欢笑=嘴角上扬+眉紧绷+眯眼矛盾组合，0~3 级）、易怒指数、情绪日趋势聚合与抑郁早筛（连续 3 天情绪低落主导自动标记）。 安全守护：跌倒检测（MOG2 前景分割 + 纵横比突变 + 质心速度三重判据）、起身提醒（防体位性低血压，事前预防而非事后报警）、夜间睡眠监测（热成像体动计数 + 深睡/浅睡/清醒分期）。 生理信号：rPPG 非接触心率（去趋势 + 带通滤波 + FFT 频谱）、呼吸率、心悸事件检测。 语音与 AI 陪伴：唤醒词「安安」；SenseVoice 中文 ASR → DeepSeek 大模型（langgraph 记忆）→ edge-tts 神经语音合成；「安安帮我测体温」语音直达测温流程。 云上数据：腾讯云 COS 公有读归档，断网续传零丢失；FastAPI 后端 + PostgreSQL 持久化，React 双端（家属大屏 + 女性手机端）展示，Gemini 提供陪伴对话。 2.4 设计三原则（保证可维护、不相互破坏） 可选降级：任一传感器/依赖缺失（如 dlib、scipy、热成像）自动返回 None，主流程不崩溃； 落库复用：所有新指标统一走 save_record 落库 → 看板 → COS 一条链路； 分时复用：移动状态只做运动控制，静止状态才做检测，测温窗口让位给表情识别，避免计算争抢。 三、现场完成内容（已完成、可演示） 3.1 硬件装配与驱动 整机装车（树莓派 + STM32 + 底盘 + 传感器），加装铝散热片 + 5V 风扇解决 3D 打印壳内散热； MLX90640 热成像驱动自研（软件 I2C bit-bang 绕过 BCM2711 时钟拉伸 bug，`fix_i2c.sh` 配置），未接/失败自动回退模拟； GC9A01 1.28 寸 SPI 圆屏纯 Python 直驱（免 adafruit-blinka 避「GPIO busy」坑），绘制「微笑 / 担心」两种表情，按状态切换； 语音三线程架构（pyaudio + webrtcvad 录音、edge-tts + pygame 播放、多轮对话）。 3.2 算法（三大类别全部代码就绪、自测通过） 类别 已实现功能 测温类 额温 · 左右脸温差 · 潮热检测 · 睡眠监测（--sleep 夜间模式） 疼痛 / 情绪类 表情四分类 happy/sad/pain/neutral · 忍痛指数 · 疼痛评分 · 易怒指数 · 情绪日趋势 · 抑郁早筛 语音 / 陪伴类 唤醒词「安安」· ASR→LLM→TTS 全链路 · 5 段陪伴音频 · 语音触发测温桥接 安全类 跌倒检测 · 起身提醒 · 心悸检测 · 久坐提醒 生理类 rPPG 非接触心率 · 呼吸率（C2 预录 --demo 演示） 3.3 软件与云端 report_store.py 本地落库（latest.json / history.jsonl / events.jsonl / dialog.jsonl）+ 情绪日趋势聚合； uplink.py 合并式上云（按 time 去重、只增不减、成功才清本地）+ 测量影像（RGB 带框 + 热成像伪彩图）随记录上传； FastAPI 后端（JWT 鉴权、被照护人/设备/健康记录/同步/情绪分析全套 REST API）+ Alembic 迁移 + PostgreSQL； React 前端「安她」双端看板（家属网页端大屏 + 女性手机端），对接真实健康数据并保留演示兜底。 3.4 关键工程问题攻关（现场踩坑与解决） cv2 反复报「共享库损坏」：定位为反复直接拔电写坏 OpenCV 依赖链（libabsl）的 .so 文件，通过 `grep -ral` 定位坏文件 + 重装整条依赖链根治，并建立关机规范； 风扇与 MLX90640 争抢 6 号 GND 脚：分清「物理针脚」与「GPIO 号」，MLX 的 GND 改到 9 号脚，纯硬件解决、零代码改动； GC9A01 圆屏复位脚错用 GPIO0 导致不亮：改 GPIO27 复位。 3.5 配套文档（现场可提交） 《BOM 物料清单及原理图说明》《技术栈说明》《云端数据与后端接入说明》《软硬件协调接口总览》《串口协议与烧录要点》《软件板块 README》等。 四、使用方式（怎么用） 4.1 启动（三个进程，分两步） 第一步：在电脑（同一局域网）启动对话服务器（承担 ASR 与大模型）： python3 dialog/server/langchain_server.py 第二步：在树莓派上开两个终端，分别启动主程序与语音对话客户端： python3 main.py # 主状态机（视觉 + 测温 + 巡检） python3 dialog/speech_client.py # 语音对话客户端 可选：夜间睡眠监测用 python3 main.py --sleep 480（需 MLX90640 对着床）；无硬件预览用 python3 screen.py --no-hw。 4.2 语音操作 喊「安安」唤醒，进入连续对话，可随时打断； 说「安安帮我测体温」，机器人自动去靠近 → 对准 → 测温 → 语音报告； 陪伴对话（DeepSeek）与固定指令并存，闲聊走大模型、测温指令走本地意图短路。 4.3 查看数据（网页 / 手机双端） 后端：cd my-backend && uvicorn app.main:app --reload --port 8000（详见软件板块 README）； 前端：cd frontend/安她---女性更年期身心健康陪伴 && npm run dev（默认 http://localhost:3000）； 家属在「家庭健康关怀大屏」看额温/心率/情绪/事件时间线，长辈在「手机端」记录心绪、身体不适、听助眠音频、与 AI 陪伴聊天。 4.4 部署与环境变量（密钥一律走环境变量，绝不写进代码） 变量 位置 用途 TENCENT_SECRET_ID / TENCENT_SECRET_KEY 树莓派 ~/.bashrc 腾讯云 COS 上传（读公开 URL 不需要） DEEPSEEK_API_KEY 电脑系统环境变量 对话服务器大模型 ANAN_SERVER_HOST dialog/config.py 对话服务器地址（填电脑当前 IP） DATABASE_URL / JWT_SECRET / DEVICE_ID 后端 .env FastAPI 后端数据库与鉴权 GEMINI_API_KEY 前端 .env（可选） 陪伴聊天，缺省走本地共情回复 4.5 关机规范（防 SD 卡损坏，务必遵守） 先停程序：pkill -f main.py && pkill -f speech_client.py（或各终端 Ctrl+C）； 再干净关机：sudo shutdown -h now； 等树莓派绿灯熄灭后再拔电源——直接拔电会写坏系统文件（本项目踩过坑）。 五、创新点 非接触式女性健康守护：热成像「看脸知健康」，把额温、潮热、忍痛、易怒、情绪趋势等更年期专属指标做成一套系统，而非单一穿戴设备。 「忍痛不说」的量化：用「嘴角上扬 + 眉紧绷 + 眯眼」的矛盾组合识别强颜欢笑，给出忍痛指数与疼痛评分，读懂长辈的隐忍。 事前提醒而非事后报警：起身提醒防体位性低血压、久坐提醒，把安全守护从「跌倒后」提前到「跌倒前」。 感知 + 陪伴一体：同一台机器人既做生理监测，也做 AI 情感陪伴（ASR→LLM→TTS + 唤醒词），数据与关怀打通。 云上全链路：从树莓派到腾讯云 COS 到 FastAPI/PostgreSQL 到双端 UI，形成可扩展的「家庭 + 云端」完整数据闭环。