張濤+施天宇+孫春霞+孫藝鳴+劉成+薛同蓮

摘 要：經(jīng)濟的飛速發(fā)展帶動了社會進步，人民的生活水平也得以提高，如何利用服務機器人提高生活品質(zhì)和生產(chǎn)效率已成為當前國內(nèi)外的研究熱點。服務機器人使用了眾多高新技術(shù)，可以說是集自動化和智能化為一體的科技實用典范。該文借鑒國內(nèi)外服務機器人的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，主要研究了我國的服務機器人的常用范圍及設計方法，試圖為未來服務機器人的技術(shù)發(fā)展方向提供一些思路參考。

關(guān)鍵詞：服務機器人 市場分類 移動技術(shù)

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（c）-0099-02

伴隨快節(jié)奏的現(xiàn)代社會生活和突出的老齡化問題，服務機器人越來越受到各類人群的歡迎。它對普通人生活品質(zhì)的提升起了積極作用，在老齡人及殘疾人的看護方面也扮演著非常重要的角色。服務機器人技術(shù)已經(jīng)成為推動民生質(zhì)量、緩解社會壓力的熱點技術(shù)。縱觀全球，很多國家都在積極參與機器人的研究，部分國家在服務型機器人領域也已取得了不少成功的先例。我國在服務機器人領域的研究開發(fā)起步相對較晚，就現(xiàn)階段而言，整體還落后于美國、日本等發(fā)達國家。但近年來在我國政府對科技大力支持的背景下，服務機器人在理論技術(shù)的研究有了長足的進步，同時在實用層面能夠更貼近市場需求，開發(fā)出大量如導游機器人、商場迎賓機器人、掃地機器人、機器人護理床、智能輪椅等機器人實用型產(chǎn)品。該文將就市場應用角度和技術(shù)發(fā)展角度來分析服務機器人的使用現(xiàn)狀。

1 市場應用

服務機器人是龐大的機器人家族中的新進成員，從其市場應用角度來看，可以分為專業(yè)領域使用的服務機器人和家庭相關(guān)的服務機器人。

1.1 專業(yè)服務機器人

專業(yè)服務機器人一般以其應用的專業(yè)領域進行的劃分，大致可以歸類為醫(yī)療、建筑、野外、水下、物流等多個種類。

其中在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)方面的應用越來越頻繁，現(xiàn)在常用的有護士助手、腦外科機器人、口腔修復機器人和進入血管機器人等。 1990年，“護士助手”機器人即開始被出售，它是一種能幫助減輕護士工作強度的機器人，不需要事先給予命令，一旦對其處理器編好程序，就可以完成以下各種原來護士常做的任務：運送醫(yī)療器材、康復設備和藥品，為病人送飯或病歷、報表及個人信件等。

北京航空航天大學、海軍總院和清華大學共同研究開發(fā)了腦外科機器人輔助系統(tǒng)。

在使用該機器人系統(tǒng)之前，“框架腦立體定向手術(shù)”在世界各國醫(yī)院的普遍做法是由醫(yī)生在患者的顱骨上鉆4個小洞，然后在這里固定一個金屬框架，醫(yī)生通過這個金屬框架確定病灶的具體位置，并分析決定手術(shù)的具體位置，操作難度非常高，同時給病患帶來很大的痛苦。

采用腦外科機器人輔助系統(tǒng)之后，不僅消除了固定框架給病患帶來的痛苦，而且極大程度地方便了醫(yī)生的操作，從而前所未有地提高了手術(shù)定位精度，并且使手術(shù)操作更加直觀，完善了此類手術(shù)過程的可視性，為病患最大限度降低了手術(shù)帶來的創(chuàng)傷。

建筑行業(yè)因其危險性高、勞動強度大被定位為最不受歡迎的行業(yè)之一，在避免事故頻發(fā)、勞動力短缺方面，使用建筑服務機器人是一個有效途徑。

當前，斜拉橋因其具有梁體尺寸較小，橋梁跨越能力較大等優(yōu)點已成為我國“大跨徑橋梁”最普遍采用的橋梁設計之一。它的主要受力組件“纜索”長期與空氣直接接觸，在常年的風吹雨打以及愈發(fā)嚴重的化工氣體的侵蝕下，纜索的表面往往會形成持續(xù)性損害，對斜拉橋的承載能力造成不利的影響。因此，各橋梁維護公司逐漸開始使用爬纜索機器人完成對纜索的定期維護。最早的一臺爬纜索機器人是在1997年由上海交通大學機器人研究所與上海黃浦江大橋工程建設處合作研制成功的，它由具有攀爬功能的機器人本體和立足于地面向本體提供后勤服務的機器小車兩個部分組成，工作時由本體機器人攀爬至高空纜索，操控人員通過本體上安裝的CCD攝像頭傳來的反饋，對機器人進行實時操控，指揮機器人本體完成點檢、去靜電、打磨、清洗、油漆等一系列保養(yǎng)維護工作，同時供應維護設備及材料的地面小車聯(lián)動作業(yè)，確保及時正確地向本體提供后勤服務。

伴隨著中國城市化進程的不斷加深，各地區(qū)摩天大樓的數(shù)量明顯增多，很多大樓的新型設計為打造未來都市的印象，同時兼顧采光和觀景視線往往多采用強化玻璃材質(zhì)的大型落地門窗，這就給后來的清潔帶來了諸多問題。其實不僅是玻璃窗，其他材料的壁面也需要定期清洗。 這時，就要用到擦窗機器人和壁面清洗機器人。

建筑服務機器人還有很多，這里只列了部分。如果建筑服務機器人能更廣泛應用于實際生產(chǎn)生活中，不但可以提高作業(yè)質(zhì)量和效率，而且可以降低建筑工人的勞動強度和意外傷害，從而對改善建筑業(yè)從業(yè)人員的工作條件起到作用。

此外，還有各種工作于野外、水下等惡劣環(huán)境的機器人，以及能承擔高強度、重復勞動的物流機器人。

1.2 家庭服務機器人

家庭服務機器人又分為家務機器人、娛樂機器人、老人及殘障輔助機器人等。

家務機器人可以完成洗衣、掃地、擦窗、斟茶、倒水等工作，其中最常用的是掃地機器人。目前的掃地機器人根據(jù)其路徑尋找方式大致可分成兩種：一種是類似iRobot采取的“隨機尋路方式”，先通過算法設定其可覆蓋的極限范圍，工作時它在此范圍內(nèi)隨機移動并進行清理掃除，屬于無序?qū)ぢ贩绞降囊环N。另一種即Neato為代表的典型尋路方式的機器人，它通過自身攜帶的GPS導航系統(tǒng)，能夠做到精準地規(guī)劃行經(jīng)路徑，避免無序碰撞。

娛樂機器人能夠與外界進行互相交流，能夠接受指令行走并完成被要求的動作，能夠供人娛樂及觀賞，會說話、唱歌，有一定感知能力。如足球機器人、玩具機器人、機器人歌手和舞蹈機器人等。商場迎賓機器人娛樂機器人一樣，通過檢測外部環(huán)境，給出相應的語音反應。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步，建立新型的高科技福利社會已經(jīng)是眾望所歸，越來越多的老年人或身體障礙者期待通過新科技改善其生活的品質(zhì)。

加之天有不測風云，在復雜的現(xiàn)代社會環(huán)境中，每年均會有很多不幸的人患上難以治愈的病痛，乃至失去部分行為能力。研發(fā)用于協(xié)助身體障礙者自由行動的輪椅型智能設備——“機器人輪椅”開始成為了研究的一個熱點。機器人輪椅可以幫助殘疾人士行走、上下樓梯、提取物品等。根據(jù)其設計初衷，該類機器人是在基于實時定位的GPS系統(tǒng)和語音識別系統(tǒng)上，加入多方位傳感器反饋而研發(fā)成功的，機器人可以做到識別指定語音下的幾百條口令，并有自動避障、導航定位等功能。

2 技術(shù)發(fā)展角度

從技術(shù)應用的范圍來看，服務機器人不同于傳統(tǒng)工業(yè)用機器人，它把重心放在了基于現(xiàn)階段發(fā)展迅速或者說得上日新月異的聲光電傳感技術(shù)在交互層面的運用上。

現(xiàn)階段的交互技術(shù)主要分為以下3類：語音識別、語音匹配以及視覺處理。

識別、匹配以及最終的處理是實現(xiàn)傳感并確保能夠完成智能反饋的技術(shù)基礎，服務機器人實現(xiàn)交互并運作的關(guān)鍵，現(xiàn)階段對于語音識別模塊的研究已經(jīng)初具規(guī)模，目前各大公司開發(fā)有初具效能的語音包、語音模塊以及視覺模塊。其中語音識別是一個處于基礎地位的核心功能，運用何種算法才能達成儲存語音的提取、解碼、匹配、反饋、最后實現(xiàn)用戶與設備間的交互是需要不斷完善的重中之重。蘋果公司的Siri即可視為一臺智能化機器人。服務機器人可在了解各種相應模塊的基礎上，根據(jù)市場需要的變化開發(fā)相應的服務機器人。

同時，在機器人位移技術(shù)層面，可以以傳統(tǒng)工業(yè)類機器手臂為基礎，在此基礎上增加定位及視覺處理等技術(shù)。比如，家用吸塵器+隨機尋路方式傳感設備就是掃地機器人，再加上CCD攝像識別系統(tǒng)和測距導航定位系統(tǒng)就是智能避讓節(jié)能型掃地機器人，進一步加上口令識別就可以是人機互動管家式智能機器人。其中測距可以采用超聲波和紅外波段導航的方式，但其也有可控測范圍有限這一個缺點，如果同時采用CCD攝像頭拍攝圖像，運用機器視覺及相關(guān)技術(shù)識別路徑，完善視覺導航則有希望可以克服該方面的不足。

總之，隨著科技的發(fā)展，未來的服務機器人研究會在利用外部傳感器和云信息增強服務機器人感知能力方面進行有力的探索，對軟件、內(nèi)容、渠道的要求越來越高。所以服務機器人與新原理、新材料、具體環(huán)境及云數(shù)據(jù)的結(jié)合會越來越緊密。未來發(fā)展是與全社會的關(guān)注及眾多學者專家的不懈努力分不開的。

參考文獻

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