家政服務(wù)機(jī)器人論文.doc

當(dāng)前家政服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r 1950年，伊薩克阿西莫夫?qū)懥宋沂菣C(jī)器人（I，Robot）這本科幻經(jīng)典小說，如今，經(jīng)過60多年的發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)很普遍的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，現(xiàn)在正向我們的日常生活“入侵”，即家政服務(wù)機(jī)器人正高速發(fā)展中，下面我們來看看它的發(fā)展現(xiàn)狀及后期發(fā)展。 一、國內(nèi)的狀況我國的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展最先進(jìn)的地區(qū)在東南部沿海1、多功能家用手杖式購物車 一種能根據(jù)家庭人員需要，變換車體形狀，達(dá)到家庭常用多種用途的一種新型家用多功能購物車。由手杖式主桿與車底架、翻轉(zhuǎn)座椅、半圓圍欄、合頁式車底板連接組合而成，可提供購物車、童車、行李車、小拖車、助力支撐活動(dòng)手杖、休閑座椅多種功能，能折疊、易存放、占用空間小。手杖式多功能家用購物車（改進(jìn)型）特點(diǎn):1.全車采用不銹鋼制作，造型精巧、美觀.2.功能齊全，適用性強(qiáng)，家庭成員都能使用.3.能根據(jù)實(shí)際情況改變該車形狀，一車多用.功能:1.平時(shí)購物將所購物品（塑料袋）掛在車鉤上就行，免去勒手、負(fù)重之苦，雙手得到解放.2.購大型物品放下支撐桿（可調(diào)節(jié)），就變成一輛四輪小拖車.購整袋米、整箱油等大件物品非常輕松.3.特制座椅購物途中休息，或外出出旅行出差、釣魚時(shí)，特制不銹鋼小座椅，安全、舒適給您帶來極大的方便.4.小童車外出散步、購物如果帶了小孩（兩歲以上），該車既是一輛小童車，所帶物品掛在掛鉤上即可，帶小孩、購物兩不誤.5.活動(dòng)手杖平時(shí)老人出去散步時(shí)，將手的重心轉(zhuǎn)移到手杖上，即起到活動(dòng)手杖的作用，一改傳統(tǒng)手杖使用方式，輕松伴你行.6.折疊能折疊、易存放、占用空間小.收藏、乘車非常方便.7.安全裝置轉(zhuǎn)向掛鉤、安全插銷、穩(wěn)固定位栓，確保放心使用.8.該發(fā)明曾參加安徽衛(wèi)視金行動(dòng)欄目,并入選年度10大推廣項(xiàng)目.湖南衛(wèi)視、湖南經(jīng)視、湖南公共、四川衛(wèi)視等多家媒體作過報(bào)道.2、移動(dòng)式智能服務(wù)機(jī)器人 可以幫忙照顧老人，來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)和華南理工大學(xué)的研究者，分別設(shè)計(jì)出“智能服務(wù)機(jī)器人”和“家政服務(wù)機(jī)器人”，它們是最適合做保姆的機(jī)器人人選。 移動(dòng)式智能服務(wù)機(jī)器人可在一定范圍內(nèi)全方位自主移動(dòng)，能自動(dòng)繞開障礙，能使用多關(guān)節(jié)機(jī)器手臂靈巧完成布置的家庭作業(yè)（當(dāng)然不是替想偷懶的小朋友做功課），還能通過可視化圖形編程方式，任意設(shè)定機(jī)器人自主移動(dòng)路徑和服務(wù)功能，以及通過語音識別控制方式或遠(yuǎn)程遙控方式，讓機(jī)器人隨您的指令移動(dòng)、轉(zhuǎn)向、后退。對家庭而言，護(hù)理和照顧老人，是它目前最擅長的功課。 家政服務(wù)機(jī)器人似乎是個(gè)多面手，設(shè)計(jì)者賦予了它十項(xiàng)全能，包括：防盜監(jiān)測、安全檢查、患者監(jiān)視、兒童教育、家電控制、家庭娛樂、物品搬運(yùn)、報(bào)時(shí)催醒、電話接聽、清潔衛(wèi)生等。更不可思議的是，按照工作環(huán)境不同，家政服務(wù)機(jī)器人可以利用諸多傳感器獲取、識別和理解情景，自律地導(dǎo)航（像人一樣思考和判斷先做什么、后做什么）。據(jù)介紹，家政服務(wù)機(jī)器人擁有良好的學(xué)習(xí)及適應(yīng)能力，所具有的毫米級精度，使它不僅身手敏捷，而且可實(shí)時(shí)對變化中的環(huán)境情景作出準(zhǔn)確判斷和反應(yīng)。3、智能割草機(jī)器人 由上海大學(xué)研制的“智能割草機(jī)器人”具有自動(dòng)行走和防止碰撞的功能。如果它肚子“餓”了，還能自動(dòng)返回“覓食”，不會(huì)“撒嬌”等你抱它回家充電。據(jù)研究者介紹，它具備安全檢測和電池電量檢測，擁有一定爬坡能力，干活時(shí)無需人指手畫腳，遇到下雨還能自動(dòng)躲避，是家庭庭院或公共綠地草坪修剪維護(hù)的好手。4、清潔安保智能機(jī)器人 據(jù)悉哈爾濱工業(yè)大學(xué)將批量生產(chǎn)家政機(jī)器人，這些機(jī)器人通過視覺系統(tǒng)，可使用隨機(jī)打掃程序在無人條件下進(jìn)行房間打掃，它可以判斷地面類型，記住行程路線，通過識別聲音、圖像及監(jiān)視功能，幫助看家護(hù)院，當(dāng)家里發(fā)生失火、漏水等意外情況時(shí)，機(jī)器人會(huì)通過自己身上的通訊設(shè)備和在外面的主人進(jìn)行溝通，第一時(shí)間報(bào)告家里的情況。二、國外的狀況日本、美國和德國的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展在世界領(lǐng)先1999年，索尼（Sony）推出機(jī)器狗愛寶（Aibo），首批投放日本市場的3000只小狗在20分鐘之內(nèi)被搶購一空。索尼還推出了QRIO，它是一個(gè)“娛樂”機(jī)器人原型，會(huì)走路唱歌揮手，還會(huì)踢球。日本松下電器公司的科研人員近日宣布，該公司已研制出一種能幫助人們提重物的機(jī)器人。這是松下電器計(jì)劃推出的系列家政服務(wù)機(jī)器人的第1代產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)品。按計(jì)劃以后還將繼續(xù)推出能夠布置餐桌和洗碗的家政機(jī)器人。鑒于日本人老齡化速度加快，科研人員對此類家政服務(wù)機(jī)器人的銷路持樂觀的態(tài)度。 日本的技術(shù)主要體現(xiàn)在這樣幾點(diǎn)：1.制作水平高，材料強(qiáng)度好，機(jī)械裝備的選型多樣，元器件的質(zhì)量非常高，可以說世界一流。2.通信功能強(qiáng)。3.自動(dòng)控制功能強(qiáng)，算法靈活，這樣能在不同局勢中進(jìn)行自我判斷。 德國很快推出一款家政服務(wù)機(jī)器人，能夠搬運(yùn)沉重、骯臟的物體，減輕單調(diào)乏味令人討厭的家庭瑣事。這款新一代家政服務(wù)機(jī)器人被命名為“Care-O-bot? 3”。它的身高僅1.45米，其設(shè)計(jì)用于幫助人們處理一些家庭瑣碎雜事，這款學(xué)習(xí)能力很快的家庭助手機(jī)器人是由德國斯圖加特市弗勞恩霍夫制造工程與自動(dòng)化研究所(IPA)研制而成的。但是這款機(jī)器人如何知道在什么地方進(jìn)行服務(wù)工作？以及怎樣做才能使它不會(huì)用手臂意外地對人體構(gòu)成傷害呢？科學(xué)家們在機(jī)器人上安裝的眾多傳感器可以實(shí)現(xiàn)以上要求。立體視覺色彩攝像儀、激光掃描儀、3D攝像儀能夠確保家政機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)地將周圍環(huán)境以三維視覺形式呈現(xiàn)。如果某個(gè)人進(jìn)入它的手臂半徑范圍內(nèi)，它將會(huì)停止下來，避免與某人發(fā)生碰撞。此外，它還能以任何方位移動(dòng)。 IPA此項(xiàng)家政和私人服務(wù)機(jī)器人設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人伯吉特格拉夫說，“通過四個(gè)獨(dú)立操縱控制車輪，可以實(shí)現(xiàn)全方位操控平臺(tái)。它可以在室內(nèi)安全通過一些狹窄的區(qū)域。”據(jù)悉，這款家政服務(wù)機(jī)器人只有一只手臂，這個(gè)高靈活手臂具有7種自由靈活程度，機(jī)械手上有三個(gè)手指可以使其能夠拿起瓶子、杯子和類似的物體，還能進(jìn)行機(jī)械操作。在機(jī)器人身上安裝的壓力傳感器可以避免它用力攥握過度。該機(jī)器人的手臂和手指鉗夾裝置是由德國雄克公司提供。在機(jī)器人前端裝配著一個(gè)盤子，它可以將客人需要的咖啡放在這個(gè)盤子中。一個(gè)整合在盤子上的觸摸屏可以進(jìn)行輔助性控制，同時(shí)該機(jī)器人也可以直接通過語音命令控制。格拉夫解釋稱，不同于之前的機(jī)器人設(shè)計(jì)，這款機(jī)器人還能識別和響應(yīng)一些手勢。大量的家政服務(wù)清單存儲(chǔ)在機(jī)器人的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，比如：茶杯長得什么樣，在廚房什么地方可以找到它。它還能夠識別一些新的物體，人們將一個(gè)未接觸過的物體放在機(jī)器人手中，它可以獲得該物體的三維結(jié)構(gòu)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)下一步對該物體的分辨。然而，這款機(jī)器人看上去并不像人類。IPA該機(jī)器人項(xiàng)目經(jīng)理克里斯多弗帕里特茲說，“在我們進(jìn)行Care-O-bot? 3設(shè)計(jì)時(shí)，有意識地脫離了現(xiàn)有的仿生家政機(jī)器人外型設(shè)計(jì)。” 美國：研究“感知成長”機(jī)器人的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人洛拉卡納梅羅接受采訪時(shí)說，“這款機(jī)器人主要表現(xiàn)出的是舉止行為和接觸性反饋，人們通過正面接觸，它便能進(jìn)一步強(qiáng)化觸覺反饋和情緒反饋，比如：人們親切和藹的話語、細(xì)致的行為，在其承受范圍內(nèi)幫助機(jī)器人做某事?！?“感知成長”機(jī)器人研制時(shí)間3年，這是“第六框架計(jì)劃”的一部分，來自6個(gè)國家的25位科學(xué)家參與了這項(xiàng)研究項(xiàng)目，他們作為論證觀點(diǎn)建造了機(jī)器人模型。其中研究人員設(shè)計(jì)的一種機(jī)器人原型非常像幼小的熊，它需要尋找一種母愛，當(dāng)它跟隨著你，就像小熊緊緊地跟隨著母熊一樣，機(jī)器人的面部也能夠表達(dá)出不同的“情緒”。這種機(jī)器人能夠更適配人類情緒特征，形成情感共鳴，它們將更容易被人們所接受，并有朝一日服務(wù)人類。 卡納梅羅指出，當(dāng)包括機(jī)器人在內(nèi)的機(jī)械裝置成為社會(huì)的一部分時(shí)，人們將需要適應(yīng)人們行為舉止的機(jī)器人。比如：幫助患者、年老者、孤獨(dú)癥患者或居家無法外出的人們，機(jī)器人可以充當(dāng)家庭助手提供許多援助性服務(wù)，或者僅僅出于娛樂目的。 與前幾年科幻電影我是機(jī)器人中的智能機(jī)器人相比，感知成長機(jī)器人的技術(shù)要稍遜一籌，目前這種機(jī)器人在情緒仿真性表現(xiàn)反饋方面仍有待于提高，但其內(nèi)置軟件系統(tǒng)已是機(jī)器人制造領(lǐng)域較大的一項(xiàng)突破。 三、缺陷經(jīng)過多年的發(fā)展，機(jī)器人不再是制造業(yè)的專項(xiàng)名詞。隨著技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)的需求，目前各種功能的服務(wù)機(jī)器人相繼出現(xiàn)，有能照料老人的家政機(jī)器人、陪伴孩子學(xué)習(xí)的書童機(jī)器人、能夠做飯的廚師機(jī)器人等。然而，相比能上天、入地、下海、替人類干“苦差事”的工業(yè)機(jī)器人，這些智能服務(wù)機(jī)器人目前在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用仍然很少，普通老百姓“可望而不可即”。是什么讓服務(wù)機(jī)器人“可望而不可即”？中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所工作人員劉益群說，智能服務(wù)機(jī)器人目前在日本等“機(jī)器人王國”都還沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，在我國的應(yīng)用范圍就更小了，只在一些科技館、展廳和部分高級餐廳使用。在本屆工博會(huì)上展出的卡通智能服務(wù)機(jī)器人，成本就要20多萬元，市場售價(jià)為30萬元以上，單單機(jī)器人外殼成本就要2萬元?！俺杀倦y以降低，無法量產(chǎn)，目前更多是處于技術(shù)研究、提高以及展示的階段，離進(jìn)入尋常百姓家還有一定的距離?！眲⒁嫒赫f。專家表示，智能機(jī)器人在研發(fā)階段往往需要投入巨大的科研經(jīng)費(fèi)，再加上機(jī)器人本身的各種新型設(shè)備，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的價(jià)格居高不下，普通百姓難以接受，因而難以成功打入大眾市場。一直以來，由于過分重視技術(shù)而忽略消費(fèi)者的需求和支付能力，服務(wù)型機(jī)器人難以商業(yè)化，只能淪為消費(fèi)者眼里在展覽館中陳列的神奇產(chǎn)品。盡管形形色色的智能服務(wù)機(jī)器人不斷被研發(fā)出來，但我國至今幾乎還沒有成功實(shí)現(xiàn)市場化的產(chǎn)品。 劉益群認(rèn)為，“服務(wù)型機(jī)器人的商業(yè)化還有很漫長的路要走，消費(fèi)者還不能承受為機(jī)器人付出高昂的費(fèi)用，工程師們不應(yīng)只是悶在實(shí)驗(yàn)室里研究機(jī)器人技術(shù)，還要看看人們的需求和消費(fèi)者的承受能力?！蔽覀冋娴倪€要等30年嗎？ 機(jī)器人要走進(jìn)中國普通家庭還需要多少時(shí)間呢？“不會(huì)太久，10年?！北本┛萍即髮W(xué)機(jī)械學(xué)院副院長機(jī)器人專家郗安民教授說，“最先會(huì)開發(fā)出能幫助殘疾人的機(jī)器人，清潔機(jī)器人，家政服務(wù)型機(jī)器人。這些機(jī)器人全身裝設(shè)超聲波、各種傳感器及保護(hù)裝置，通過這些設(shè)備，機(jī)器人自己可以在房間內(nèi)測定距離、識別障礙物，以致在移動(dòng)活動(dòng)中不會(huì)碰撞到家具和人?！?目前，一臺(tái)智能化程度不高的清掃用的家政機(jī)器人的成本在2000元至3000元左右，而加入了看家護(hù)院功能后其價(jià)格在1萬元左右。其最終市場銷售價(jià)格應(yīng)與高端電子產(chǎn)品差不多。 潑冷水：人形機(jī)器人發(fā)展有兩大障礙 “對于目前真正的人形機(jī)器人，“郗安民教授說，“ 存在兩個(gè)較大的瓶頸問題：一個(gè)是機(jī)器人制作的材料制約，一個(gè)人形機(jī)器人的重心如何調(diào)整?！?目前大部分機(jī)器人都是剛性結(jié)構(gòu)，對機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生很多制約，機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)像人一樣的柔性結(jié)構(gòu)，就需要特種材料，就目前來說，這是一個(gè)很大的限制。 另外，實(shí)現(xiàn)人形機(jī)器人雙腿行走也是一個(gè)難題。雙腿行走中機(jī)器人的重心一直在不斷改變，很容易摔倒，機(jī)器人不會(huì)像人一樣能迅速反應(yīng)，因?yàn)橹醒胩幚硐到y(tǒng)需要一定時(shí)間進(jìn)行反饋。 四、后期發(fā)展及預(yù)測 家政服務(wù)機(jī)器人現(xiàn)在仍然存在許多的局限，要突破這些障礙，必須在以下幾個(gè)方面做出創(chuàng)新：1傳感器 需從以下兩個(gè)方面進(jìn)步 1.1改進(jìn)原有傳感器的性能：最突出的是視覺傳感器，要求能更高的分辨率，更快的處理速度，這要求了圖形識別技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。 1.2開發(fā)新型傳感器，比如嗅覺傳感，對于家庭保安機(jī)器人是一個(gè)突破的進(jìn)展，擁有了這個(gè)，機(jī)器人可以通過分辨不同的氣味來做出不同的反應(yīng)，可以像狗一樣能聞出陌生人的氣味。這樣可以減少機(jī)器人的移動(dòng)，不必不停的巡邏，節(jié)約能源。不過這個(gè)要與化學(xué)有很多的交叉，及生物技術(shù)，我們對嗅覺的研究還不完善。2材料 也有三個(gè)主要方向 2.1高性能的材料：密度小強(qiáng)度高的材料，可以減輕移動(dòng)機(jī)器人的重量，使得動(dòng)作更靈活。 2.2功能材料 比如壓電材料，這個(gè)領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空間，我相信還會(huì)出現(xiàn)更多的不同功能的材料。壓電材料可以代替機(jī)械結(jié)構(gòu)直接實(shí)現(xiàn)功能，日本的服務(wù)機(jī)器人已經(jīng)使用了壓電材料做面部的“肌肉”，控制面部表情，只要通電就能實(shí)現(xiàn)不同的肌肉收縮。 2.3高分子/納米材料 這樣極端的分子，都有獨(dú)特的性質(zhì)，在機(jī)器人領(lǐng)域大有用武之地。3結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)分為剛性和柔性結(jié)構(gòu) 3.1剛性 剛性結(jié)構(gòu)對于不必移動(dòng)的機(jī)器人是很非常有用的，它的價(jià)格也相對會(huì)更便宜，對以后服務(wù)機(jī)器人的普及有重大意義。 3.2柔性 移動(dòng)的機(jī)器人重心時(shí)刻在變化，穩(wěn)定性要著重考慮，這要求了重心的可改變自適應(yīng)結(jié)構(gòu)呼之欲出，即結(jié)構(gòu)的自穩(wěn)定能力，現(xiàn)有的不倒翁可以拿來借鑒。但還必須開發(fā)新的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，才能適應(yīng)更高的要求。4功能 向多功能發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)證明單一的功能是不適合社會(huì)要求的，功能的復(fù)合也提高資源的利用率。5速度 向高速方向發(fā)展，處理器、控制器、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行的速度被要求更高，現(xiàn)在的大多都動(dòng)作緩慢，有些緊急狀況不可使用。另外又要