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1、机器人在物联网智能家居中的应用作者：冯瑞来源：中国新通信 2018年第7期引言随着大数据、云计算、物联网技术的飞速发展，智能家电逐步进入人们的生活中。一方面 满足了人们对于物质生活的需要，另一方面也推动了科技的进步。近年来，人口老龄化的议题 让人们逐渐对未来产生担忧，但是，机器人的出现会极大缓解这个问题。针对上述的几点需求，本文提出了一种机器人参与智能家居系统的方案，该系统的核心是 机器人代替人们进行远程看护、远程控制、实时动态监测和家居环境的维护。一、物联网与智能家居机器人的发展现状随着时代的发展，越来越多的人频繁的外出工作，有些人甚至出国工作很多年，因而人们 无法很好的照顾好家庭安全问题，
2、进而导致忽视家庭安全，有些人甚至把孩子和老人单独留在 家里，虽说农村中有很多留守家庭，但是城市中老人与小孩长时间独处一室的情况也并不罕见 根据最近的数据，城市犯罪率在我国处于较高的地位，如入室盗窃、拐卖儿童案件。提升家庭 安全和智能，加强对老人和小孩的看护问题，引起了国内外的广泛关注。机器人实时采集和监 控环境数据，同时保障安全，以随时控制家庭成员的情况，并且控制室内环境，使家庭中的人 更加舒适的生活在其中都有广泛的用处。1.1 物联网技术的特点与发展现状物联网概念起源于微软比尔盖茨未来之路当中，但当时并没有引起业界的重视，反 而是奥巴马上台后，首次提出了“智慧地球”、“智能家居”、“智能电网
3、”等概念，向世界 宣布物联网时代的来临1。与传统互联网相比较，物联网技术仍然是以互联网为基础的，但物联网有其独特的特点， 第一就是其互联网特点，物与物相联就是通过各种有线和无线网络与互联网进行融合，将物体 的实时信息准确的发送给其他地方。第二就是其识别与通信的特征，物联网设备上装设了多种 类型的传感器、识别器，每一个传感器和识别器都将作为一个信息源。不同类别的传感器和识 别器收集的信息格式不同，为保障各数据的正确性和及时性，必须使各数据适应各种网络结构 和协议。第三就是其智能化特征，物联网本身具备了互联网不具有的智能化的特点，利用大数 据、云计算和模式识别等方法，将自动处理应用在物联网的各个领
4、域。1.2 家居机器人的发展现状随着全球老龄化的来临，家居机器人必将成为家电后的又一个加速大规模的走入家中的设 备。现如今，家居机器人已经无处不在，扫地机器人、擦窗机器人、家庭监控机器人已经走入 我们家中，我们期待着有更多的机器人能融入我们的生活，为我们提供便利2。1.2.1 国内发展现状我国机器人技术的起步较晚， 起始于1980 年改革开放左右。经历几十年，几代科学家的 不懈努力，如今我国已基本形成包含整个产业链的局面。其中，小米公司的扫地机器人一马当 先，其整合小米手机的物联网家居生态链，将手机与机器人相结合，初步形成较为发达的物联 网生态。此外，新松机器人、人智科技、科沃斯等国内的服务机
5、器人公司也逐渐开始崭露头角。1.2.2 国外发展现状由于劳动力短缺，日本于二战后就开始大力发展工业机器人的研究，经过多年的积累，现 如今日本已经成为机器人产业实力最强的国家。日本国内拥有较为完整的机器人生态链，从设 计、研发、生产、应用、销售等环节都处于国际领先地位。著名的机器人企业有很多，如发那 科、川崎机器人、那智（NACHI）不二越等公司3。说到机器人的诞生地，那就不得不提到美国，早在上个世纪六十年代，美国就研制出世界 上第一台工业机器人，随后逐渐转向民用。美国对于机器人的运用较日本更为全面，工业、航 天、居民生活都有机器人的涉猎。除美国外，德国、瑞典、瑞士、意大利等国家对与机器人都 有
6、很深的涉猎。二、机器人在智能家居中的应用传统的家用机器人功能单一，难以应用于家庭日常生活。本文设计了两种与传统家务机器 人不同的智能管家机器人。它可以进行远程实时通讯、家电控制、室内安全监控和环境监测功 能。因此，机器人有能力在家庭生活中扮演“智能管家”的角色。机器人的关键技术包括WiFi 信号与红外信号的转换、图像传输技术、气体检测技术、物联网技术等。在这项研究中，所有 的系统使用集成CDMA技术的应用，使机器人可以很容易地添加网络和手机控制机器人自由移 动。机器人还可以作为物联网机器人后续研究的平台。机器人必须能够安全到达目标位置，并了解不同环境下的人类需求。机器人的设计原则是 机器人结构
7、简单，易于实现，因此定义了机器人的工作环境是室内环境。2.1 单独机器人为中心的智能家居系统机器人的基本工作过程如下：首先，手机建立了一个与机器人通信的网络，使机器人加入 到室内网络中。然后，添加到网络后，手机可以通过应用程序来控制机器人。操作员使用应用 程序的实时视频功能控制机器人在家中移动，室内环境显示在手机屏幕上。机器人的气体传感 器可以检测家庭气体环境的组成。该机器人可学习红外遥控键，操作人员使用APP命令机器人 发射学习红外编码信息，实现对室内电器的控制功能。机器人的运动轨迹可能有一些碎片，如报纸、杂志和玩具。这些障碍可能妨碍机器人稳定 地移动到目的地。相比于轮结构，履带结构所具有的
8、一些特征，如大面积的支持，小的接地压 力和滚动阻力，良好的越野机动性等。此外，还有在履带支承面履带履齿，使机器人不滑。选 择履带式结构设计，有助于提高越障性能，安全到达设计位置。本研究设计了一种结构新颖、操作范围大、易于控制的智能化家务机器人。操作者可以通 过手机控制家用电器，监控家庭安全和环境。基于嵌入式控制系统采用无线通信的机器人控制 提高了可靠性和智能机器人。该款机务器人工作稳定，为基于物联网的家政机器人的研究奠定 了基础。较多机器人控制智能家居，单机器人控制对象较为单一，集成度较大，待实现功能较 为复杂，单一机器人要完成多项工作。不过，高集成度的机器人必将是未来发展的目标。2.2 多机
9、器人联合的智能家居系统智能家居环境已经发展到一个点，即日常生活用品和设备在家里可以联网，给居民新的手 段来控制他们。从而，可以利用手机控制不同的机器人完成特定的工作。如做饭机器人、扫地 机器人、擦窗机器人等。数字电子技术的发展使传感器体积小、通信距离小，具有低成本、低 功耗、多功能的特点，更加促生了多机器人联合实现智能家居的方案。传感器节点由传感、数 据处理和通信组件组成，充分利用了大量节点协同工作的无线传感器网络思想。未来将无线传感器网络和多服务机器人集成到智能家居应用中，多服务机器人可以视为移 动节点提供额外的感官信息，提高信息分散度和多无线传感器节点收集信息。另一方面，多机 器人可以被认
10、为是物联网智能家居系统的感官能力的延伸，它可以提供的其他服务机器人智能 环境。相较单机器人，多机器人联合使得设计研究变得简单，设计出实现单一功能的机器人远 比实现多功能机器人要简单很多，因此，多机器人联合实现智能家居系统会是未来物联网智能 家居系统的第一步。三、智能机器人技术在智能家居中应用的问题3.1 安全性问题一个为我们所熟知的实例，就是房间内的摄像头可以为住户远程了解屋内情况提供便利， 并且使得通过远程指导智能机器人来看护家里的老人和小孩成为可能。但是我们是否曾想过， 这种安全摄像头自身就充满了不小的隐患。这种摄像头一旦被黑客操控，那么个人隐私以及家 里的一人一物将会被黑客一览无余，从而
11、了如指掌。曾经有过一个发生在美国的真实的案例， 一个家庭的婴儿摄像头被一名黑客入侵，并对家里进行了24 小时窥探，这在当时引起了不小 的社会反响与关注。只要你的设备接入到互联网中，也就意味着，黑客也可能借此侵入你的设 备你的设备就有可能被窥探泄密等。如果有些厂商没有按照网络安全规范设置防火墙，那么被 入侵的风险会更大，从而可能所面临的危害也更大4。不仅仅是在家用摄像头存在这样的风险，其他的智能家居的产品也会类似的情况发生，如 某智能家居调温器被曝出重大安全隐患，黑客可以轻而易举地得知用户在家与否。还有就是某 款智能电视曾被外国黑客入侵，作为发送端发送各种垃圾邮件、骚扰邮件。总而言之，智能家 居
12、系统所面临的安全性问题还是有很长的一段路去等待开发与不断探索的。3.2 实用性问题智能家居的智能性绝对是其一大卖点，但是它也有令人广为诟病的一面：有些智能家居的 便利性低，操作过于繁琐，其直接后果就是其实用性下降，由于年轻人在家的时间相比于老年 人会少很多，那么作为主要使用者的老年人对智能家居的使用或许需要很长的时间才会接受， 这对于老年人的使用体验感受是十分不利的。另外智能家居的高额购买及维修等成本也是影响其实用性的一大关键因素。相对比于传统 家居的低廉成本，智能家居系统所需要的高额的货币支出、多余的精力以及体力的消耗、以及 购买要承担的风险都从不同程度上不小的影响了智能家居的实用性及经济性
13、。此外，智能家居 的后续维护成本亦不容忽视。可见，物联网在智能家居系统中的使用以及如何大规模推广并广 为大众尤其是老年人所接受还是需要科学家们仔细考量的。四、结论与展望本文对机器人与物联网智能家居系统做了相应的叙述，介绍了其基本的结构组成和发展情 况，并且对机器人在智能家居中可能遇到的诸多问题进行了充分的剖析。物联网技术是一个不 可阻挡的发展潮流，其能运用的领域基本涵盖了当今的全部行业。我国的机器人行业也在蓬勃 发展，各大互联网公司、科技公司也相继涉足机器人产业，对于实现两个一百年的奋斗目标、 发展中国制造2025，我们有信心有能力将机器人技术与国际接轨，甚至走在国际前列。通过本文的书写，让我对先进的机器人技术与智能家居系统有了初步的认识，让我明白对 于我国乃至全世界而言，智能化才是发展的大趋势和目标，这都让我获益匪浅。综上所述，我 明白了想要在今后的智能化领域有所建树，必须努力学习好科学文化知识，打下坚实的科学基 础。我期待通过自己的努力，为我国物联网技术、机器人行业的发展做出自己的贡献。
