服務(wù)類機(jī)器人

1、服務(wù)類機(jī)器人錢蕾 袁斌 苗健之 楚棟浩 胡山山簡介q服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人家族中的一個(gè)年輕成員，可以分為專業(yè)領(lǐng)域服務(wù)機(jī)器人和個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣，主要從事維護(hù)保養(yǎng)、修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護(hù)等工作?，F(xiàn)狀q數(shù)據(jù)顯示，目前，世界上至少有48個(gè)國家在發(fā)展機(jī)器人，其中25個(gè)國家已涉足服務(wù)型機(jī)器人開發(fā)。在日本、北美和歐洲，迄今已有7種類型計(jì)40余款服務(wù)型機(jī)器人進(jìn)入實(shí)驗(yàn)和半商業(yè)化應(yīng)用。q近年來，全球服務(wù)機(jī)器人市場保持較快的增長速度，根據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，2010年全球?qū)I(yè)領(lǐng)域服務(wù)機(jī)器人銷量達(dá)13741臺(tái)，同比增長4%，銷售額為320億美元，同比增長15%;個(gè)人/家庭服務(wù)機(jī)

2、器人銷量為220萬臺(tái)，同比增長35%，銷售額為5.38億美元，同比增長39%。中國q我國在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的研發(fā)與日本、美國等國家相比起步較晚。在國家863計(jì)劃的支持下，我國在服務(wù)機(jī)器人研究和產(chǎn)品研發(fā)方面已開展了大量工作，并取得了一定的成績，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的導(dǎo)游機(jī)器人、迎賓機(jī)器人、清掃機(jī)器人等;華南理工大學(xué)研制的機(jī)器人護(hù)理床;中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所研制的智能輪椅等。大樓清洗機(jī)器人q由于建筑設(shè)計(jì)配套尚不規(guī)范，國內(nèi)絕大多數(shù)高層建筑的清洗都采用吊藍(lán)人工完成?；谶@種情況，北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所與鐵道部北京鐵路局科研所為北京西客站合作開發(fā)了一臺(tái)玻璃頂棚（約3000平米）清洗機(jī)器人。q該機(jī)器人

3、由機(jī)器人本體和地面支 援機(jī)器人小車兩大部分組成。機(jī)器 人本體是沿著玻璃壁面爬行并完成 擦洗動(dòng)作的主體，重25公斤，它可 以根據(jù)實(shí)際環(huán)境情況靈活自如地行 走和擦洗。目前我國從事大樓清洗機(jī)器人研究的還有哈爾濱工業(yè)大學(xué)和上海大學(xué)等，他們也都有了自己的產(chǎn)品。q美國麻省理工學(xué)院羅迪布魯克斯教授 ，于1990年帶著得意門生柯林安格爾和海倫格萊納 ，創(chuàng)辦了iRobot公司。iRobot專注于實(shí)用機(jī)器人的研究，創(chuàng)造了PackBot等機(jī)器人，協(xié)助人們有效率的完成任務(wù)，其技術(shù)及產(chǎn)品獲得了許多項(xiàng)專利。美國iRobotqiRobot設(shè)計(jì)、制作人們?nèi)粘Ｊ褂玫漠a(chǎn)品，其擁有的技術(shù)及地位皆為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)界的佼佼者，而維持領(lǐng)先最

4、重要的是持續(xù)制作精巧、耐用、又物美價(jià)廉的機(jī)器人提供給顧客。直至今日，iRobot已于全球銷售逾六百萬臺(tái)家用吸塵機(jī)器人。iRobot 掃地機(jī)器人，又稱自動(dòng)打掃機(jī)、智能吸塵、機(jī)器人吸塵器等，是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能，自動(dòng)在房間內(nèi)完成地板清理工作。一般采用刷掃和真空方式，將地面雜物先吸納進(jìn)入自身的垃圾收納盒，從而完成地面清理的功能。 一般來說，將完成清掃、吸塵、擦 地工作的機(jī)器人，也 統(tǒng)一歸為掃地機(jī)器人。iRobot恩格爾伯格先生發(fā)明第一臺(tái)機(jī)器人，因而享有“機(jī)器人之父”的美譽(yù)。恩格爾伯格認(rèn)為，服務(wù)機(jī)器人與人們生活密切相關(guān)，服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用將不斷改善人們的生活質(zhì)量，這也正是人們所追求

5、的目標(biāo)。恩格爾伯格創(chuàng)建的TRC公司第一個(gè)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品是醫(yī)院用的“護(hù)士助手”機(jī)器人恩格爾伯格先生恩格爾伯格創(chuàng)建的TRC公司第一個(gè)服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品是醫(yī)院用的“護(hù)士助手”機(jī)器人，它于1985年開始研制，1990年開始出售，目前已在世界各國幾十家醫(yī)院投入使用?！白o(hù)士助手”是自主式機(jī)器人，它不需要有線制導(dǎo)，也不需要事先作計(jì)劃，一旦編好程序，它隨時(shí)可以完成以下各項(xiàng)任務(wù)：運(yùn)送醫(yī)療器材和設(shè)備，為病人送飯，送病歷、報(bào)表及信件，運(yùn)送藥品，運(yùn)送試驗(yàn)樣品及試驗(yàn)結(jié)果，在醫(yī)院內(nèi)部送郵件及包裹。爬纜索機(jī)器人q機(jī)器人可沿任意傾斜度的纜索爬升，可爬升的纜索標(biāo)高為160米，纜索傾斜度090，可適應(yīng)的纜索直徑為90200毫米，機(jī)器

6、人爬升速度為8米/秒。q機(jī)器人上裝有鋼絲繩檢測系統(tǒng)，可沿纜索檢測鋼絲是否有斷絲，以便及時(shí)更換纜索。q在機(jī)器人本體上配備有各種形狀的清洗刷和特定的水基清洗液，可完成纜索去塵、脫脂和去聚乙烯表面靜電等工作。q機(jī)器人具有良好的人機(jī)交互功能，在高空可以判斷是否到頂、風(fēng)力大小等一些環(huán)境情況，并實(shí)施相應(yīng)的動(dòng)作。服務(wù)員q本田公司近日展示了其最新版本的Asimo類人機(jī)器人，有可能在將來取代酒吧服務(wù)生。這種機(jī)器人擁有更高的智能，可識(shí)別更多人的面孔和聲音，還可前跑后 退、上下樓梯、開瓶倒酒等。最新款A(yù)simo直立約有1.3米高，其“溫柔的手”可握住紙杯倒入液態(tài)飲料而不會(huì)將其壓扁。在全速狀態(tài)下，Asimo的時(shí)速 可

7、達(dá)9公里。它還能預(yù)測一個(gè)人將要轉(zhuǎn)向的動(dòng)作，并立即作出反應(yīng)錯(cuò)開，以免相撞。不動(dòng)機(jī)器人q這是安裝在固定地點(diǎn)的家用機(jī)器人。它通過嵌入式軟件進(jìn)行操作，通過傳感器感知，通過網(wǎng)絡(luò)與你交流。韓國的三星、LG已經(jīng)開始銷售可上網(wǎng)的電冰箱：當(dāng)冰箱里的儲(chǔ)備變低時(shí)，它可以自動(dòng)向食品零售店發(fā)去訂單。移動(dòng)助理機(jī)器人q這類機(jī)器人品種很多，從個(gè)人應(yīng)用到軍事應(yīng)用都有，是市場潛力最大的機(jī)器人之一。Accentur技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種個(gè)人助理機(jī)器人，它可以幫助你記憶陌生的面孔。當(dāng)你向某人問好時(shí)，這個(gè)助理機(jī)器人可以通過語音識(shí)別引擎、小麥克風(fēng)和攝像頭等設(shè)備把對(duì)方的名字、低分辨率的照片存儲(chǔ)到地址簿里。當(dāng)你再遇到這個(gè)人時(shí)，助理會(huì)小聲地告訴

8、你他是誰。未來機(jī)器人總動(dòng)員瓦力是一款太陽能機(jī)器人，雙眼之間裝有激光切割儀。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，他會(huì)從其他報(bào)廢機(jī)器人身上獲取替換零件。當(dāng)感知到危險(xiǎn)時(shí)，他會(huì)將頭部和四肢收回軀體從而形成一個(gè)立方體。 用于收集和壓縮地球上的垃 圾。開始具有自我 意識(shí)， 變得極其好奇并覺得有點(diǎn) 孤獨(dú)，只好與他的寵物蟑 螂哈爾相依為伴。夏娃是光滑而精巧的會(huì)飛行的探測機(jī)器人，她的任務(wù)是勘測地球上的植物，以確定是否適合人類生存。她的右臂上裝有掃描儀和可收回式電離槍，后者可以讓她應(yīng)對(duì)一些小麻煩。到地球上探測植物存在與否，一旦找到植物就會(huì)自動(dòng)將植物收起來后發(fā)出信號(hào)，然后轉(zhuǎn)為“休克”狀態(tài)等待救援飛船來接高度180公分，耐久鈦金屬外殼，具

9、456個(gè)活動(dòng)零件，需經(jīng)由12位博士組裝完成，熔點(diǎn)華氏六千度，可負(fù)重800磅，能承受數(shù)千磅撞擊。電子智慧腦可復(fù)制人類自由意志，具有1TB內(nèi)存，每秒能執(zhí)行6兆筆以上運(yùn)算，擁有80種語言能力。擁有近乎無限的記憶空間，無可匹敵的數(shù)據(jù)檢索速度。能夠百分百有效利用能源，在緊急情況下使用微弱電力仍能正常工作13小時(shí)。I , ROBOTu 遠(yuǎn)程控制技術(shù)遠(yuǎn)程控制技術(shù)u 服務(wù)機(jī)器人多通道人機(jī)交互感服務(wù)機(jī)器人多通道人機(jī)交互感知反饋工作機(jī)制及關(guān)鍵技術(shù)知反饋工作機(jī)制及關(guān)鍵技術(shù)u 傳感器技術(shù)傳感器技術(shù)u 運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)u 關(guān)鍵技術(shù)遠(yuǎn)程控制技術(shù)q基于Internet技術(shù)的服務(wù)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制研究。首先，在機(jī)器人端根

10、據(jù)本文提出的機(jī)器人控制體系給出在控制代碼的實(shí)現(xiàn)方式。然后，針對(duì)服務(wù)機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制特點(diǎn)，建立了基于B/S和C/S混合式的服務(wù)機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)控制框架。在本地服務(wù)器端，構(gòu)建了一個(gè)指令中轉(zhuǎn)站和基于Live555的流視頻服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的視頻傳輸，針對(duì)流視頻傳輸過程的網(wǎng)絡(luò)延遲，提出了一種緩沖機(jī)制，減輕了視頻傳輸?shù)淖枞F(xiàn)象。在 Web服務(wù)器端，本文基于JSP/Servlet技術(shù)構(gòu)建了服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器與本地服務(wù)器的信息傳輸，并采用Ajax技術(shù)實(shí)現(xiàn)與客戶端信息傳輸?shù)捻撁鏌o刷新動(dòng)態(tài)更新。并采用Flash方法設(shè)計(jì)了客戶端登陸、注冊(cè)和控制頁面，最終實(shí)現(xiàn)服務(wù)機(jī)器人的可靠遠(yuǎn)程控制。服務(wù)機(jī)器人多通道人機(jī)交互感知反

11、饋工作機(jī)制及關(guān)鍵技術(shù)q 針對(duì)老年人、殘疾人等用戶與服務(wù)機(jī)器人交互的特點(diǎn),系統(tǒng)地研究了人機(jī)間信息感知和反饋機(jī)制,以及多通道人機(jī)交互方法,實(shí)現(xiàn)了一種具有多種信息感知與反饋功能的多通道自然人機(jī)交互系統(tǒng)。為了提高“視覺-眼動(dòng)”交互通道對(duì)環(huán)境光照和用戶頭部位置變化的適應(yīng)性。建立了一種適應(yīng)環(huán)境光照變化的圖像采集系統(tǒng)和圖像二值化的閾值模型,并提出一種對(duì)用戶頭部位置變化影響的補(bǔ)償策略和控制方法,改善了系統(tǒng)對(duì)用戶頭部位置變化的適應(yīng)性。提出了一種基于Agent的自然和諧人機(jī)交互體系框架,建立了人機(jī)交互的用戶模型與人機(jī)交互協(xié)議,根據(jù)人機(jī)交互協(xié)議的格式提出一種任務(wù)生命周期管理的任務(wù)進(jìn)行管理方法,并用基于框架(Fram

12、e)的信息融合方法對(duì)不同交互通道表達(dá)的交互信息進(jìn)行了語義層的交互語義融合。機(jī)器人在幫老年人聽診機(jī)器人在和老年人扳手腕小學(xué)生眼中的機(jī)器人傳感器技術(shù)q傳感器技術(shù)在機(jī)器人技術(shù)中是核心技術(shù)之一，傳感器是機(jī)器人獲取信息的主要部分，基于仿生學(xué)的仿人機(jī)器人的誕生，傳感器技術(shù)在機(jī)器人上類似于人的“五官”：視覺、嗅覺、聽覺、味覺、觸覺，在現(xiàn)代機(jī)器人研制中得到了很好的應(yīng)用與開發(fā)，本文依據(jù)國內(nèi)外機(jī)器人的研究狀況，從“五官”的角度來闡述傳感器技術(shù)在機(jī)器人上的應(yīng)用。三扭力三扭力傳感器傳感器防撞傳防撞傳感器感器距離傳感器陀螺儀距離傳感器陀螺儀運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)q與輪式機(jī)器人不同的是，行走機(jī)器人本身是個(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，因此運(yùn)動(dòng)控制

13、首先要解決穩(wěn)定性的問題，然后才能考慮使其按既定的軌跡移動(dòng)的問題。利用電機(jī)和軸承模擬人的關(guān)節(jié)，從而控制機(jī)器人穩(wěn)定行走，是機(jī)器人控制通常的方式。運(yùn)動(dòng)控制一般是將末端軌跡規(guī)劃與穩(wěn)定控制相結(jié)合：首先規(guī)劃腳掌的軌跡，再通過機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)求解各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角。運(yùn)動(dòng)控制器自主定位技術(shù)q機(jī)器人高精度定位解決方案，采用LocalSense無線脈沖專利技術(shù)，通過在空間區(qū)域內(nèi)布設(shè)有限數(shù)量LocalSense微基站，實(shí)時(shí)精確地定位無人機(jī)/機(jī)器人上的LocalSense微標(biāo)簽位置，零延時(shí)地將無人機(jī)/機(jī)器人位置信息準(zhǔn)確地將反映到服務(wù)器控制臺(tái)，而無人機(jī)/機(jī)器人也可實(shí)時(shí)訪問服務(wù)器以獲得自己的定位結(jié)果。精度達(dá)到+-5厘米以下

14、，最佳+-2厘米。 定位引擎自主路徑規(guī)劃式掃地機(jī)器人的尋路系統(tǒng)雖然機(jī)器人技術(shù)到目前已經(jīng)發(fā)展的十分迅猛，但是我們?nèi)匀恍枰吹皆诤芏喾矫孢€有許許多多的技術(shù)問題需要解決。只有這些問題得到了合理的解決，機(jī)器人發(fā)展才能更上一層樓。因此機(jī)器人的發(fā)展仍然還有很長的路要走服務(wù)型機(jī)器人存在的問題q可靠性不足q人機(jī)交互不足q普及有難度q人性化不足 再精密的儀器都會(huì)有誤差，都會(huì)出現(xiàn)故障和錯(cuò)誤，機(jī)器人也不例外，人們無法消除機(jī)器人在實(shí)際運(yùn)用中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，那么如何設(shè)計(jì)方案來應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤與故障對(duì)于致力于服務(wù)人們的服務(wù)機(jī)器人來說就顯得尤為重要?？煽啃圆蛔阕鳛榉?wù)人們?nèi)粘Ｉ畹臋C(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人每天都要與人做大量的接

15、觸，如果機(jī)器人不夠可靠，發(fā)生故障，就有可能對(duì)人們的財(cái)產(chǎn)，人身安全造成不小的損失。毫無疑問對(duì)于這樣的機(jī)器人，人們很難放心讓它去服務(wù)自己。這成為現(xiàn)在服務(wù)型機(jī)器人普及面臨的最大問題。人機(jī)交互不足 作為機(jī)器人，人機(jī)交互是其區(qū)別于機(jī)器的一個(gè)很大的特點(diǎn)，然而，如何開發(fā)出能夠及時(shí)的按照人們的意愿去行動(dòng)的機(jī)器人在目前也是一個(gè)難點(diǎn)。 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人按照人們的意志去行動(dòng)的愿望，我們就要研究利用肌電信號(hào)去控制機(jī)器人，這種技術(shù)目前已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中取得了很大的成果，然而如何將之熟練地運(yùn)用于量產(chǎn)機(jī)器人以及其可靠性還尚未解決。所以，這種技術(shù)目前僅僅存在于實(shí)驗(yàn)室中。普及有難度 服務(wù)機(jī)器人作為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)中年輕的一員，還沒有被人們

16、所熟悉，一方面人們對(duì)于用這樣一個(gè)冷冰冰的機(jī)器來服務(wù)自己有不小的恐懼感，另一方面，由于機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化還不完備，機(jī)器人無法大量的生產(chǎn)與應(yīng)用，這也成了機(jī)器人普及所面臨的一大問題。 再者，如果機(jī)器人大量的進(jìn)入人類的生活，這其中牽扯到的是否會(huì)造成大量的失業(yè)問題以及機(jī)器人代替人類的倫理問題也成為阻礙服務(wù)型機(jī)器人普及的一大原因。也就是說，如果不處理好機(jī)器人于人們的關(guān)系與機(jī)器人的地位，機(jī)器人的普及將很難取得進(jìn)展。人性化不足 機(jī)器人能否有自己的思維？如果不能 有自己的思維，又該如何去智能的服 務(wù)人類呢？ 現(xiàn)在的機(jī)器人，適合于做大量的，勞累的重復(fù)性工作。然而，服務(wù)型機(jī)器人要求不僅僅是這樣，更多的，我們要求它們能夠

17、做一些細(xì)膩的生活行為，比如打掃衛(wèi)生，做飯等，這就需要機(jī)器人更加人性化而不是冰冷的重復(fù)。在這方面，我們的研究還不是很充分。我國服務(wù)型機(jī)器人存在問題 1、自主研發(fā)能力落后世界先進(jìn)水平 在前沿技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面，我國大多屬于跟蹤研究，缺乏創(chuàng)意理念和原創(chuàng)性成果；在集成技術(shù)方面，我國雖可實(shí)現(xiàn)原型樣機(jī)集成，但關(guān)鍵零部件與可靠性方面與國外相差5-10年；在設(shè)計(jì)制造技術(shù)方面，我國的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料與工藝技術(shù)、系統(tǒng)集成水平與國外先進(jìn)水平存在較大差距。2、產(chǎn)學(xué)研脫節(jié)現(xiàn)象較為嚴(yán)重 我國服務(wù)機(jī)器人的研究主要集中在高校和少數(shù)研究所，企業(yè)新型產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造創(chuàng)新能力有限。這使得機(jī)器人的普及難度增加。3、創(chuàng)新體系建設(shè)尚處于起步階段