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服务类机器人 钱蕾袁斌苗健之楚栋浩胡山山 2020 3 20 1 简介 服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员 可以分为专业领域服务机器人和个人 家庭服务机器人 服务机器人的应用范围很广 主要从事维护保养 修理 运输 清洗 保安 救援 监护等工作 2020 3 20 2 现状 数据显示 目前 世界上至少有48个国家在发展机器人 其中25个国家已涉足服务型机器人开发 在日本 北美和欧洲 迄今已有7种类型计40余款服务型机器人进入实验和半商业化应用 近年来 全球服务机器人市场保持较快的增长速度 根据国际机器人联盟的数据 2010年全球专业领域服务机器人销量达13741台 同比增长4 销售额为320亿美元 同比增长15 个人 家庭服务机器人销量为220万台 同比增长35 销售额为5 38亿美元 同比增长39 2020 3 20 3 中国 我国在服务机器人领域的研发与日本 美国等国家相比起步较晚 在国家863计划的支持下 我国在服务机器人研究和产品研发方面已开展了大量工作 并取得了一定的成绩 如哈尔滨工业大学研制的导游机器人 迎宾机器人 清扫机器人等 华南理工大学研制的机器人护理床 中国科学院自动化研究所研制的智能轮椅等 2020 3 20 4 大楼清洗机器人 由于建筑设计配套尚不规范 国内绝大多数高层建筑的清洗都采用吊蓝人工完成 基于这种情况 北京航空航天大学机器人研究所与铁道部北京铁路局科研所为北京西客站合作开发了一台玻璃顶棚 约3000平米 清洗机器人 该机器人由机器人本体和地面支援机器人小车两大部分组成 机器人本体是沿着玻璃壁面爬行并完成擦洗动作的主体 重25公斤 它可以根据实际环境情况灵活自如地行走和擦洗 目前我国从事大楼清洗机器人研究的还有哈尔滨工业大学和上海大学等 他们也都有了自己的产品 2020 3 20 5 美国麻省理工学院罗迪布鲁克斯教授 于1990年带着得意门生 柯林安格尔和海伦格莱纳 创办了iRobot公司 iRobot专注于实用机器人的研究 创造了PackBot等机器人 协助人们有效率的完成任务 其技术及产品获得了许多项专利 美国 iRobot 2020 3 20 6 iRobot设计 制作人们日常使用的产品 其拥有的技术及地位皆为机器人产业界的佼佼者 而维持领先最重要的是持续制作精巧 耐用 又物美价廉的机器人提供给顾客 直至今日 iRobot已于全球销售逾六百万台家用吸尘机器人 iRobot 2020 3 20 7 扫地机器人 又称自动打扫机 智能吸尘 机器人吸尘器等 是智能家用电器的一种 能凭借一定的人工智能 自动在房间内完成地板清理工作 一般采用刷扫和真空方式 将地面杂物先吸纳进入自身的垃圾收纳盒 从而完成地面清理的功能 一般来说 将完成清扫 吸尘 擦地工作的机器人 也统一归为扫地机器人 iRobot 2020 3 20 8 恩格尔伯格先生发明第一台机器人 因而享有 机器人之父 的美誉 恩格尔伯格认为 服务机器人与人们生活密切相关 服务机器人的应用将不断改善人们的生活质量 这也正是人们所追求的目标 恩格尔伯格创建的TRC公司第一个服务机器人产品是医院用的 护士助手 机器人 恩格尔伯格先生 2020 3 20 9 恩格尔伯格创建的TRC公司第一个服务机器人产品是医院用的 护士助手 机器人 它于1985年开始研制 1990年开始出售 目前已在世界各国几十家医院投入使用 护士助手 是自主式机器人 它不需要有线制导 也不需要事先作计划 一旦编好程序 它随时可以完成以下各项任务 运送医疗器材和设备 为病人送饭 送病历 报表及信件 运送药品 运送试验样品及试验结果 在医院内部送邮件及包裹 2020 3 20 10 爬缆索机器人 机器人可沿任意倾斜度的缆索爬升 可爬升的缆索标高为160米 缆索倾斜度0 90 可适应的缆索直径为90 200毫米 机器人爬升速度为8米 秒 机器人上装有钢丝绳检测系统 可沿缆索检测钢丝是否有断丝 以便及时更换缆索 在机器人本体上配备有各种形状的清洗刷和特定的水基清洗液 可完成缆索去尘 脱脂和去聚乙烯表面静电等工作 机器人具有良好的人机交互功能 在高空可以判断是否到顶 风力大小等一些环境情况 并实施相应的动作 2020 3 20 11 服务员 2020 3 20 12 本田公司近日展示了其最新版本的Asimo类人机器人 有可能在将来取代酒吧服务生 这种机器人拥有更高的智能 可识别更多人的面孔和声音 还可前跑后退 上下楼梯 开瓶倒酒等 最新款Asimo直立约有1 3米高 其 温柔的手 可握住纸杯倒入液态饮料而不会将其压扁 在全速状态下 Asimo的时速可达9公里 它还能预测一个人将要转向的动作 并立即作出反应错开 以免相撞 2020 3 20 13 不动机器人 这是安装在固定地点的家用机器人 它通过嵌入式软件进行操作 通过传感器感知 通过网络与你交流 韩国的三星 LG已经开始销售可上网的电冰箱 当冰箱里的储备变低时 它可以自动向食品零售店发去订单 2020 3 20 14 移动助理机器人 这类机器人品种很多 从个人应用到军事应用都有 是市场潜力最大的机器人之一 Accentur技术实验室开发了一种个人助理机器人 它可以帮助你记忆陌生的面孔 当你向某人问好时 这个助理机器人可以通过语音识别引擎 小麦克风和摄像头等设备把对方的名字 低分辨率的照片存储到地址簿里 当你再遇到这个人时 助理会小声地告诉你他是谁 2020 3 20 15 未来 2020 3 20 16 机器人总动员 瓦力是一款太阳能机器人 双眼之间装有激光切割仪 当出现故障时 他会从其他报废机器人身上获取替换零件 当感知到危险时 他会将头部和四肢收回躯体从而形成一个立方体 用于收集和压缩地球上的垃圾 开始具有自我意识 变得极其好奇并觉得有点孤独 只好与他的宠物蟑螂哈尔相依为伴 2020 3 20 17 夏娃是光滑而精巧的会飞行的探测机器人 她的任务是勘测地球上的植物 以确定是否适合人类生存 她的右臂上装有扫描仪和可收回式电离枪 后者可以让她应对一些小麻烦 到地球上探测植物存在与否 一旦找到植物就会自动将植物收起来后发出信号 然后转为 休克 状态等待救援飞船来接 2020 3 20 18 高度180公分 耐久钛金属外壳 具456个活动零件 需经由12位博士组装完成 熔点华氏六千度 可负重800磅 能承受数千磅撞击 电子智慧脑可复制人类自由意志 具有1TB内存 每秒能执行6兆笔以上运算 拥有80种语言能力 拥有近乎无限的记忆空间 无可匹敌的数据检索速度 能够百分百有效利用能源 在紧急情况下使用微弱电力仍能正常工作13小时 I ROBOT 2020 3 20 19 远程控制技术服务机器人多通道人机交互感知反馈工作机制及关键技术传感器技术运动控制技术 关键技术 2020 3 20 20 远程控制技术 基于Internet技术的服务机器人远程控制研究 首先 在机器人端根据本文提出的机器人控制体系给出在控制代码的实现方式 然后 针对服务机器人的远程控制特点 建立了基于B S和C S混合式的服务机器人网络控制框架 在本地服务器端 构建了一个指令中转站和基于Live555的流视频服务器 实现机器人的视频传输 针对流视频传输过程的网络延迟 提出了一种缓冲机制 减轻了视频传输的阻塞现象 在Web服务器端 本文基于JSP Servlet技术构建了服务器 实现Web服务器与本地服务器的信息传输 并采用Ajax技术实现与客户端信息传输的页面无刷新动态更新 并采用Flash方法设计了客户端登陆 注册和控制页面 最终实现服务机器人的可靠远程控制 2020 3 20 21 2020 3 20 22 服务机器人多通道人机交互感知反馈工作机制及关键技术 针对老年人 残疾人等用户与服务机器人交互的特点 系统地研究了人机间信息感知和反馈机制 以及多通道人机交互方法 实现了一种具有多种信息感知与反馈功能的多通道自然人机交互系统 为了提高 视觉 眼动 交互通道对环境光照和用户头部位置变化的适应性 建立了一种适应环境光照变化的图像采集系统和图像二值化的阈值模型 并提出一种对用户头部位置变化影响的补偿策略和控制方法 改善了系统对用户头部位置变化的适应性 提出了一种基于Agent的自然和谐人机交互体系框架 建立了人机交互的用户模型与人机交互协议 根据人机交互协议的格式提出一种任务生命周期管理的任务进行管理方法 并用基于框架 Frame 的信息融合方法对不同交互通道表达的交互信息进行了语义层的交互语义融合 2020 3 20 23 机器人在帮老年人听诊 机器人在和老年人扳手腕 2020 3 20 25 小学生眼中的机器人 2020 3 20 26 传感器技术 传感器技术在机器人技术中是核心技术之一 传感器是机器人获取信息的主要部分 基于仿生学的仿人机器人的诞生 传感器技术在机器人上类似于人的 五官 视觉 嗅觉 听觉 味觉 触觉 在现代机器人研制中得到了很好的应用与开发 本文依据国内外机器人的研究状况 从 五官 的角度来阐述传感器技术在机器人上的应用 2020 3 20 27 三扭力传感器 防撞传感器 距离传感器陀螺仪 2020 3 20 28 运动控制技术 与轮式机器人不同的是 行走机器人本身是个不稳定的系统 因此运动控制首先要解决稳定性的问题 然后才能考虑使其按既定的轨迹移动的问题 利用电机和轴承模拟人的关节 从而控制机器人稳定行走 是机器人控制通常的方式 运动控制一般是将末端轨迹规划与稳定控制相结合 首先规划脚掌的轨迹 再通过机器人运动学求解各个关节电机的旋转角 2020 3 20 29 运动控制器 2020 3 20 30 自主定位技术 机器人高精度定位解决方案 采用LocalSense无线脉冲专利技术 通过在空间区域内布设有限数量LocalSense微基站 实时精确地定位无人机 机器人上的LocalSense微标签位置 零延时地将无人机 机器人位置信息准确地将反映到服务器控制台 而无人机 机器人也可实时访问服务器以获得自己的定位结果 精度达到 5厘米以下 最佳 2厘米 2020 3 20 31 定位引擎自主路径规划式扫地机器人的寻路系统 2020 3 20 32 虽然机器人技术到目前已经发展的十分迅猛 但是我们仍然需要看到在很多方面还有许许多多的技术问题需要解决 只有这些问题得到了合理的解决 机器人发展才能更上一层楼 因此机器人的发展仍然还有很长的路要走 2020 3 20 33 服务型机器人存在的问题 可靠性不足人机交互不足普及有难度人性化不足 2020 3 20 34 再精密的仪器都会有误差 都会出现故障和错误 机器人也不例外 人们无法消除机器人在实际运用中可能出现的错误 那么如何设计方案来应对可能出现的错误与故障对于致力于服务人们的服务机器人来说就显得尤为重要 可靠性不足 2020 3 20 35 作为服务人们日常生活的机器人 服务机器人每天都要与人做大量的接触 如果机器人不够可靠 发生故障 就有可能对人们的财产 人身安全造成不小的损失 毫无疑问对于这样的机器人 人们很难放心让它去服务自己 这成为现在服务型机器人普及面临的最大问题 2020 3 20 36 人机交互不足 作为机器人 人机交互是其区别于机器的一个很大的特点 然而 如何开发出能够及时的按照人们的意愿去行动的机器人在目前也是一个难点 2020 3 20 37 为了实现机器人按照人们的意志去行动的愿望 我们就要研究利用肌电信号去控制机器人 这种技术目前已经在实验室中取得了很大的成果 然而如何将之熟练地运用于量产机器人以及其可靠性还尚未解决 所以 这种技术目前仅仅存在于实验室中 2020 3 20 38 普及有难度 服务机器人作为机器人产业中年轻的一员 还没有被人们所熟悉 一方面人们对于用这样一个冷冰冰的机器来服务自己有不小的恐惧感 另一方面 由于机器人的产业化还不完备 机器人无法大量的生产与应用 这也成了机器人普及所面临的一大问题 2020 3 20 39 再者 如果机器人大量的进入人类的生活 这其中牵扯到的是否会造成大量的失业问题以及机器人代替人类的伦理问题也成为阻碍服务型机器人普及的一大原因 也就是说 如果不处理好机器人于人们的关系与机器人的地位 机器人的普及将很难取得进展 2020 3 20 40 人性化不足 机器人能否有自己的思维 如果不能有自己的思维 又该如何去智能的服务人类呢 2020 3 20 41 现在的机器人 适合于做大量的 劳累的重复性工作 然而 服务型机器人要求不仅仅是这样 更多的 我们要求它们能够做一些细腻的生活行为 比如打扫卫生 做饭等 这就需要机器人更加人性化而不是冰冷的重复 在这方面 我们的研究还不是很充分 2020 3 20 42 我国服务型机器人存在问题 1 自主研发能力落后世界先进水平在前沿技术和关键技术研发方面 我国大多属于跟踪研究 缺乏创意理念和原创性成果 在集成技术方面 我国虽可实现原型样机集成 但关键零部件与可靠性方面与国外相差5 10年 在设计制造技术方面 我国的产品设计 材料与工艺技术 系统集成水平与国外先进水平存在较大差距 2020 3 20 43 2 产学研脱节现象较为严重我国服务机器人的研究主要集中在高校和少数研究所 企业新型产品设计制造创新能力有限 这使得机器人的普及难度增加 2020 3 20 44 3 创新体系建设尚处于起步阶段我国服务机器人在战略规划