翟 慧，孫鵬濤

（1.上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海 200240；2.上海信息技術(shù)學(xué)校，上海 201411）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）于2005年首次正式提出的概念，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）即“萬(wàn)物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)，將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，人、機(jī)、物的互聯(lián)互通。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能手機(jī)的普及覆蓋，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)從研發(fā)階段逐漸走向人們的日常生活，如今用手機(jī)監(jiān)控家中的實(shí)時(shí)狀況、開(kāi)啟空調(diào)或者監(jiān)控私家汽車的實(shí)時(shí)狀態(tài)已經(jīng)不再是科幻電影中的情景[1]。

原有單一功能的掃地機(jī)器人、烹飪機(jī)器人、陪讀機(jī)器人已無(wú)法滿足消費(fèi)者的需求和心理預(yù)期，服務(wù)機(jī)器人需要在網(wǎng)絡(luò)化、智能化等方面進(jìn)行技術(shù)提升，才能滿足行業(yè)痛點(diǎn)。

1 服務(wù)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，能完成與人類衣食住行相關(guān)的服務(wù)工作。具備感知、決策、執(zhí)行3個(gè)能力是服務(wù)機(jī)器人的主要特征。服務(wù)機(jī)器人本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)。

當(dāng)前服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)已有的產(chǎn)品，根據(jù)不同的功能，對(duì)以上技術(shù)進(jìn)行了融合實(shí)現(xiàn)。受到硬件、軟件、研發(fā)成本方面的限制，技術(shù)提升的難度會(huì)成指數(shù)增長(zhǎng)。兼具物理信息和數(shù)據(jù)通信功能的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，自然而然成為解決這一難題的研究方向。兩項(xiàng)技術(shù)的融合能有效突破各自技術(shù)的瓶頸，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。首先，具有數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、終端應(yīng)用構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)能給服務(wù)機(jī)器人提供準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的全局感知定位，形成立體化的路徑規(guī)劃和實(shí)時(shí)位置修正，彌補(bǔ)了服務(wù)機(jī)器人感知范圍小、計(jì)算能力差的自身缺陷。其次，5G網(wǎng)絡(luò)的推廣，可以通過(guò)固定的計(jì)算終端實(shí)時(shí)傳輸云計(jì)算數(shù)據(jù)，給服務(wù)機(jī)器人裝上真正的大腦，讓服務(wù)機(jī)器人真正兼具人工智能。最后，利用網(wǎng)絡(luò)通信和移動(dòng)終端，服務(wù)機(jī)器人可以真正實(shí)現(xiàn)多機(jī)協(xié)作和人機(jī)交互等功能，讓人與機(jī)器人、機(jī)器人與機(jī)器人實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接。傳統(tǒng)服務(wù)機(jī)器人和具有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的服務(wù)機(jī)器人對(duì)比情況見(jiàn)表1。可以直觀地看到，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)支撐，服務(wù)機(jī)器人將在產(chǎn)品性能、使用成本以及用戶體驗(yàn)等方面實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛越。

2 物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)

以家庭環(huán)境下物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)為例，遍布房間的傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)房間中人和物體的位置、形狀、動(dòng)作進(jìn)行精確捕捉，并將相關(guān)信息傳輸給服務(wù)機(jī)器人。通過(guò)集成的高速計(jì)算機(jī)運(yùn)算分析，協(xié)調(diào)服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)對(duì)房間中所有終端設(shè)備的控制，主動(dòng)或協(xié)同完成人類的服務(wù)需求。圖1是一個(gè)典型的家庭場(chǎng)景下物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)示意圖。家庭物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，溫度、光電、氣體等傳感器監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)，感知的信息會(huì)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給家庭控制計(jì)算主機(jī)終端，由主機(jī)終端進(jìn)行運(yùn)算決策，并將指令傳輸給服務(wù)機(jī)器人和其他執(zhí)行器做出反應(yīng)，執(zhí)行打開(kāi)空調(diào)、關(guān)上窗簾、調(diào)低電視音量等服務(wù)。

表1 服務(wù)機(jī)器人技術(shù)對(duì)比分析

圖1 家庭場(chǎng)景下物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)示意圖

根據(jù)以上設(shè)計(jì)方式和研究思路，未來(lái)服務(wù)機(jī)器人不應(yīng)再固化于電影、電視中可以移動(dòng)跟隨人完成簡(jiǎn)單任務(wù)，而是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)控制終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)全程服務(wù)。因此，有必要探討未來(lái)服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的方向。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景下服務(wù)機(jī)器人開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方向

3.1 人工智能技術(shù)的有機(jī)結(jié)合

人工智能（Artificial Intelligence，AI）本質(zhì)是對(duì)人的意識(shí)、思維的信息過(guò)程的模擬?；A(chǔ)層的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等因素逐漸發(fā)展成熟，催化了人工智能的進(jìn)步。從技術(shù)層來(lái)看，當(dāng)前的各類人工智能算法主要是利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法來(lái)模擬人腦的思考方式，應(yīng)用范圍主要包括語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、語(yǔ)義理解、預(yù)測(cè)規(guī)劃和智能控制等。從應(yīng)用層來(lái)看，機(jī)器人是人工智能應(yīng)用于多樣化領(lǐng)域的重要載體。當(dāng)前，人工智能技術(shù)更多助力于制造業(yè)中自動(dòng)化與柔性化生產(chǎn)的推行。長(zhǎng)期來(lái)看，面對(duì)遠(yuǎn)比當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜的環(huán)境，服務(wù)機(jī)器人對(duì)人工智能技術(shù)的要求更高、更全面，市場(chǎng)空間更大。由于服務(wù)機(jī)器人需要在復(fù)雜多變、不確定或不受控制的環(huán)境下自主運(yùn)行，必須具備對(duì)周遭環(huán)境和事物高效的識(shí)別、感知、理解、判斷及行動(dòng)能力。隨著深度學(xué)習(xí)算法以及計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能語(yǔ)音等多種智能算法的應(yīng)用，服務(wù)機(jī)器人的機(jī)器視覺(jué)、人機(jī)交互能力以及基于大數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)能力等方面的人工智能水平呈現(xiàn)質(zhì)的飛躍。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)機(jī)器人的結(jié)合主要是發(fā)揮兩個(gè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在，如導(dǎo)航定位、跟蹤尋跡、多數(shù)據(jù)采集等。事實(shí)上，人們對(duì)服務(wù)機(jī)器人的需求絕對(duì)不僅僅是根據(jù)語(yǔ)言指令去完成某些特定功能的“機(jī)器狗”，而是具有自主學(xué)習(xí)能力和宜人化特點(diǎn)。這就要求物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)由“感知”功能進(jìn)一步升級(jí)到“認(rèn)知”功能，甚至具有“人格化”特征。而單純依靠機(jī)器人本體的程序運(yùn)算和硬件升級(jí)很難達(dá)到這一預(yù)期，只有依靠人工智能技術(shù)才可能突破當(dāng)前的技術(shù)瓶頸。

3.2 普適機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)

普適機(jī)器人系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)是從普適計(jì)算的角度出發(fā)，將智能、行為、感知等功能分別設(shè)置在軟件機(jī)器人、嵌入機(jī)器人、移動(dòng)機(jī)器人中，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成一個(gè)有機(jī)系統(tǒng)。這樣的普適機(jī)器人系統(tǒng)更適應(yīng)商場(chǎng)、醫(yī)院、家庭等室內(nèi)服務(wù)功能。目前，普適機(jī)器人系統(tǒng)主要側(cè)重在運(yùn)用感知技術(shù)提升服務(wù)質(zhì)量。普適機(jī)器人強(qiáng)大的普適計(jì)算和云計(jì)算能力可以將其感知和計(jì)算獲得的知識(shí)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)共享到云端，并進(jìn)行語(yǔ)言感知和推理執(zhí)行，使機(jī)器人提供更加豐富智能的服務(wù)。

應(yīng)用層面，運(yùn)用普適機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的圖書管理機(jī)器人系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確定義圖書和書架的具體位置和圖書信息管理。普適機(jī)器人系統(tǒng)基于傳感器和終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)食材的選擇和制作，以構(gòu)成普適機(jī)器人廚房[2]。

3.3 服務(wù)機(jī)器人細(xì)分功能的應(yīng)用

未來(lái)的服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)需求會(huì)更加豐富多樣，由于受到數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算執(zhí)行、通信傳輸?shù)燃夹g(shù)的限制，不可能研究出一款服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品符合家用、醫(yī)療、商務(wù)等所有場(chǎng)合。因此，未來(lái)的服務(wù)機(jī)器人技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，注重細(xì)分市場(chǎng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。例如，Google公司開(kāi)發(fā)的無(wú)人車智能機(jī)器人系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖夙憫?yīng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜路況的無(wú)人駕駛；養(yǎng)老助老市場(chǎng)中的智能用藥服務(wù)機(jī)器人，有別于普通的居家功能服務(wù)機(jī)器人，通過(guò)大數(shù)據(jù)采集和物聯(lián)網(wǎng)終端，可以監(jiān)控老人的身體狀況、用藥情況、醫(yī)院的病例情況及后續(xù)的治療方案，切實(shí)解決老年人用錯(cuò)藥物、忘記用藥、藥量錯(cuò)誤等問(wèn)題[3]。這些細(xì)分的服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)無(wú)疑將成為未來(lái)服務(wù)機(jī)器人發(fā)展的主流。

4 結(jié) 論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)背景下的服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，改變了原有單一的服務(wù)機(jī)器人一元發(fā)展的固有模式，為服務(wù)機(jī)器人的全面普及提供了可行的技術(shù)支持。這一新興的、革命性的研究方向充滿了挑戰(zhàn)和機(jī)遇，對(duì)于促進(jìn)我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“彎道超車”有著重要的歷史意義。

同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)并不可能是簡(jiǎn)單的物聯(lián)網(wǎng)與機(jī)器人的疊加，其中很多技術(shù)問(wèn)題需要不斷完善，如物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人系統(tǒng)的整體框架研究、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)機(jī)器人復(fù)雜任務(wù)的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)機(jī)器人認(rèn)知能力的研究等一系列問(wèn)題。這需要人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、芯片研發(fā)技術(shù)等多方面取得突破。當(dāng)前，我國(guó)正處在改革深入發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，快節(jié)奏的生活模式和社會(huì)老齡化日趨嚴(yán)重已成為城市化發(fā)展亟待解決的突出問(wèn)題。加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，提升核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，讓服務(wù)機(jī)器人走進(jìn)千家萬(wàn)戶，必將會(huì)對(duì)提高人們生活質(zhì)量、改善人們生活條件、推進(jìn)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。希望隨著我國(guó)對(duì)各項(xiàng)高端技術(shù)的突破，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)難題將會(huì)被逐一解決。