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1、 服务机器人定义、分类、特点及趋势系列介绍 一、关于服务机器人的初步定义严格来讲，服务机器人（资讯，视频）并没有国际上普遍认同的定义。如何将其与其他类型设备特别是工业用操纵机器人划定界限仍然存有争议。不过，国际机器人联合会（IFR）给出了一个初步定义。服务机器人是指这样一类机器人，通过半自主或完全自主运作，为人类健康或设备良好状态提供有帮助的服务，但不包含工业性操作。根据这项定义，工业用操纵机器人如果被应用于非制造业，也被认为是服务机器人。服务机器人可能安装，也可能不安装机械手臂，工业机器人也是如此。通常，但并不总是，服务机器人是可移动的。某些情况下，服务机器人包含了一个可移动平台，上面附着一
2、条或数条“手臂”，其操控模式与工业机器人相同。从2007年起，国际标准化组织（ISO）的一个工作小组便着手修订ISO 8373，最终将会给出关于服务机器人的官方正式定义。二、服务机器人行业分类1.护士助手护士助手”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。2.脑外科机器人该脑外科机器人辅助系统是由北京航空航天大学、清华大学和海军总院共同研制开发的。1997年5月用该机器人为病人实施了首例开颅手术，到2000年11月已为140多位病人
3、实施了这种手术。2000年11月在北京举办“中美医用机器人临床应用学术交流会”。3.口腔修复机器人这是一个由计算机和机器人辅助设计、制作全口义齿人工牙列的应用试验系统。该系统利用图像、图形技术来获取生成无牙颌患者的口腔软硬组织计算机模型，利用自行研制的非接触式三维激光扫描测量系统来获取患者无牙颌骨形态的几何参数，采用专家系统软件完成全口义齿人工牙列的计算机辅助统计。另外，发明和制作了单颗塑料人工牙与最终要完成的人工牙列之间的过渡转换装置可调节排牙器。4.进入血管机器人5.智能轮椅机器人轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。6.爬缆
4、索机器人7.户外清洗机器人随着城市的现代化，一座座高楼拔地而起。为了美观，也为了得到更好的采光效果，很多写字楼和宾馆都采用了玻璃幕墙，这就带来了玻璃窗的清洗问题。其实不仅是玻璃窗，其它材料的壁面也需要定期清洗。8.消防机器人常言道水火无情，这其中道出了水火对人类的威胁及人们对水火的无奈。提起火灾，人们会联想起一起起悲剧。据有关部门统计，仅1995年一年我国就发生火灾38000起，死亡2233人，受伤3770人，直接经济损失10.8亿多元。1997年发生火灾14万余起，死亡2722人，伤4930人，造成财产损失15.4亿元。多么触目惊心的数字啊!三、服务机器人的现状及其发展趋势机器人学的进步与应
5、用是二十世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义的自动化，尤其在当今的工业制造中，机器人学已取得了最伟大的成功1。进入二十一世纪，人们已经愈来愈亲身地感受到机器人深入生产、生活和社会的坚实步伐。一方面随着各个国家老龄化越来越严重，更多的老人需要照顾，社会保障和服务的需求也更加紧迫，老龄化的家庭结构必然使更多的年青家庭压力增大，而且生活节奏的加快和工作的压力，也使得年轻人没有更多时间陪伴自己的孩子，随之酝酿而生的将是广大的家庭服务机器人市场。另一方面服务机器人将更加广泛地代替人从事各种生产作业, 使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产作业中解放出来2。本文对服务机器人技术的研究现状
6、和应用及其未来发展进行了综述。1 国内外的研究现状1.1 服务机器人的定义服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义，不同国家对服务机器人的认识不同。国际机器人联合会经过几年的搜集整理，给了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作3，即除了手术机器人、诊断机器人、护理机器人、康复机器人等医用机器人外，也包括各种家用机器人、娱乐机器人、体育机器人、玩具机器人、导游机器人、保安机器人、排险机器人、清洁机器人、秘书机器人、建筑机器人、邮拾和送信机器人以及加油机器人等。随着开发研究的进一步开展和价格的大幅度下降，
7、服务机器人将广泛进入医院、家庭、工地、办公室和体育娱乐场馆，直接与人类共处，为人类排忧解难4。1.2 服务机器人的市场现状和前景服务型机器人可进一步区分为个人和家用机器人与专业服务型机器人。1.2.1 市场调研与预测 根据国际机器人联盟(IFR)统计部门于2008年10月公佈的最新资料，全球服务型机器人市场概况分述如下：个人和家用服务型机器人： 至2007年底，个人和家用服务型机器人累计装置量已超过340万台，娱乐休闲用机器人已达到200万台。至 2011年底，全球家务用机器人将会达到460万台，娱乐休闲用机器人将会达到735万台，合计约1200多万台，未来四年服务机器人市场总值合计约57亿美
8、元，到2015年，全球个人和家庭机器人市场的规模预计将达到150亿美元，同时，将出现多种类型的个人机器人。专业服务型机器人：至2007年底，全球已有4.9万台的使用数量，预计到2011年底，将增加5.4万台专业服务型机器人，总价值约91.2亿美元，其中农林矿牧用机器人最多，共将有1.9万台，防御救灾与保全机器人预计将有1.56万台销售量，专业清洁机器人亦约有4000台销售量，医疗用机器人约达3420台，多用途机器人移动平台约2375台，水底作业系统预估将有超过925台销售量。1.2.2 专家预测 中国机器人专家、工程院院士徐扬生教授说：“只要10年时间，机器人将在世界范围内，普及到每个人的日常
9、生活之中。这将是一个巨大的市场，预计将比现在的汽车市场还要大。”韩国科学家预测：到2015年至2020年，每个韩国家庭将拥有一个机器人。日本专家估计：到2020年日本将有25%的人口年龄超过65岁，护理型机器人将供不应求。德国科学家预计：将在未来的几十年间，家庭生活中将出现的最大变化就是机器人的普及，家庭服务机器人将在日常家庭生活中扮演越来越重要的角色，承担越来越多的工作5。1.3 国内外的研究现状从二十世纪八十年代中期开始，机器人已从工厂的结构化环境进入人的日常生活环境医院、办公室、家庭和其它杂乱及不可控环境，成为不仅能自主完成工作，而且能与人共同协作完成任务或在人的指导下完成任务的智能服务
10、机器人，特别是最近几年，对会清洁地面、割草或充当导游、保姆和警卫等自主移动机器人技术上的进步，大家都有目共睹6。1.3.1 1.3.1 中国 中国对服务机器人的研究起步很晚，但国家对此非常重视，1986年3月才开始把研究、开发智能机器人的内容已列入国家863高科技发展规划中，从1986年至2009年的20多年中，智能机器人主题在863的旗帜下，团结了近几千人的研究开发队伍，圆满完成各项任务，建成了一批高水平的研究开发基地，造就了一支跨世纪的研究开发队伍，为我国21世纪机器人技术的持续创新发展奠定了基础7。如图1所示，这是我国首台具有国际一流语音交互水平和复杂动作及智能运动控制水平的“美女机器人
11、”,这款“美女机器人”具有仿真的美女外形，服装和发型可以根据应用场合更换。她能够根据工作人员说出的指令，马上完成相应的动作,她能够讲英语、四川方言和唱歌、讲笑话，可以与游客进行语音聊天和知识问答,在移动行走时，她能自动识别途中碰到的障碍物，并做语音提示。由北京理工大学牵头、中科院沈阳自动化所、兵器工业集团惠丰机械有限公司、中科院自动化所等单位参加，通过三年的奋斗，研制的“汇童”仿人机器人(如图2)，取得了重大成果, “汇童”仿人机器人具有视觉、语音对话、力觉、平衡觉等功能的自主知识产权的仿人机器人，功能达到了国际先进水平，研制的“汇童”仿人机器人在国际上首次实现了模仿太极拳、刀术等人类复杂动作
12、。目前，我国服务机器人研究技术已跨入世界先进行列，但与日本、美国等国家的技术相比还是有差距的，我国科技工作者正在努力向前，热切地期盼着我们自己水平更高的、功能更强的服务型机器人与大家见面。图1 美女机器人图2 “汇童”机器人Fig.1 Beauty robot Fig.2 Huitongrobot1.3.2 日本 日本将机器人作为一个战略产业，给予了大力支持，而且日本根据目前机器人产业面临的问题，提出了加强机器人研究和推动机器人产业化的具体措施，日本机器人工业之所以领先世界，一方面和他们的机器人文化也有关，在日本，有一种“让机器人成为人”的氛围，在日本，由于人口不多，而且老龄化趋势严重，他们需
13、要机器人来承担劳力的工作，因此培养起浓厚的机器人文化;另一方面，日本政府也希望机器人研发成为本国的支柱产业，所以投入大量资金，为了攻克更关键的服务机器人技术，日本在2006 年至2010 年间，每年投入1000 万美元用于研发服务机器人。日本服务机器人技术的成果例举如下：日本发明出人形的个性机器人保姆“ar”(如图3)，不仅会洗衣，打扫卫生，还会收拾餐具等诸多家务杂活，它依靠车轮移动，共搭载有5台照相机以便确认家具的位置。在公开展示活动中，“ar”演示了打开洗衣机盖，将需要清洗的衣物放入洗衣机，用托盘端着餐具送到厨房和拖地等工作。由日本产业技术综合研究所智能系统研究部门仿人研究小组研制的美女机
14、器人HRP-4C(如图4)，以用户为中心的机器人开放架构(Centered Robot Open Architecture)开发而成，该架构采用产综研一直在研发的实时Linux、机器人使用的“RT(Robot Technology)中间件”、可进行机器人仿真的软件“OpenHRP3”、语音识别技术以及产综研开发的人形机器人“HRP系列”所采用的双足行走技术等。图3 机器人保姆图4 美女机器人HRP-4CFig.3 Robot nanny Fig.4 Beauty robot HRP-4C1.3.3 韩国 韩国将服务机器人技术列为未来国家发展的10大“发动机”产业，他们已经把服务型机器人作为国家
15、的一个新的经济增长点进行着重发展，对机器人技术给予了重点扶持，通过不断地努力，韩国近几年来也逐渐跻身研究机器人的世界潮流。韩国信息通信部官员表示，虽然韩国的机器人技术起步比美国、日本和欧洲的竞争者要晚，但是有望在未来510年内迎头赶上，韩国科学家成功研制出世界上最聪明的类人机器人“Android”(如图5)，它集众多前沿科技在一身，包括实时数据传输、音像和力觉感应器、高速处理器等，通过它身上装备的音像及力觉感应器可以探测前方物体的运动，能够识别说话声，然后向服务器发送数据，服务器将数据处理后会下达指令给机器人，帮助它与人类以及周围环境进行互动。“夏娃机器人2号”(如图6)是韩国科学家最新研制的
16、一款娱乐型机器人，这位“女性”机器人不仅能和观众进行对话，还能和人进行眼神接触，并会表达各种情绪和唱歌，唱歌时能对上口形和随着歌曲扭动手臂、臀部和膝盖。图5 机器人Android图6 夏娃机器人2号Fig.5 Robot Android Fig.6 Eve Robot 21.3.4 美国 美国是机器人的发源地，尽管美国在机器人发展史上走过一条重视理论研究，忽视应用开发研究的曲折道路，但是美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很强。例如：专治中风的机器人医生(如图7)将在密歇根州圣约瑟夫默西奥克兰医院率先上岗，这种机器人头部是一个显示屏，能显示网络另一端医生的形象和声音，显示屏上方安装了一个摄像头，可以把医院现场的图像和
