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1、08205050104 網(wǎng)絡(luò) 1班 王坤家庭服務(wù)機(jī)器人的研究技術(shù)和進(jìn)展關(guān)鍵詞 : 家庭機(jī)器人 ; 研究現(xiàn)狀 ; 技術(shù)分析 ; 賽事 ; 發(fā)展趨勢(shì)1、家庭機(jī)器人的概述國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)給了服務(wù)機(jī)器人一個(gè)初步的定義:服務(wù)機(jī)器人是一種半自 主或全自主工作的機(jī)器人, 它能完成有益于人類的服務(wù)工作, 但不包括從事產(chǎn)的 設(shè)備。 在我國(guó)服務(wù)機(jī)器人的定義指用于完成對(duì)人類福利和設(shè)備有用的服務(wù) (制造 操作除外的自主或半自主的機(jī)器人,主要包括:清潔機(jī)器人 、家用機(jī)器人、 娛樂機(jī)器人、 醫(yī)用及康復(fù)機(jī)器人、 老年及殘疾人護(hù)理機(jī)器人、 辦公及后勤服務(wù)機(jī) 器人、救災(zāi)機(jī)器人、店售貨及餐廳服務(wù)機(jī)器人等?,F(xiàn)在, 我國(guó)服務(wù)機(jī)器人的
2、研究沒有形成系統(tǒng), 基本上是各個(gè)大學(xué)、 研究院所 根據(jù)國(guó)外的研究狀況, 或是為了培養(yǎng)學(xué)生興趣, 而進(jìn)行的一些零散的研究, 處于 落后狀態(tài)。 而在機(jī)器人研究非常發(fā)達(dá)的國(guó)家, 例如德國(guó)、日本和韓國(guó), 服務(wù)機(jī)器 人研究大多是企業(yè)出面進(jìn)行研究的, 將研究與產(chǎn)業(yè)發(fā)展、 市場(chǎng)需求非常好的結(jié)合 起來, 使研究服務(wù)于企業(yè), 企業(yè)促使研究發(fā)展, 形成一個(gè)良性循環(huán)。 因此這些國(guó) 家服務(wù)器人的產(chǎn)業(yè)化,已經(jīng)取得了非常好的成果2 、 家庭機(jī)器人的研究現(xiàn)狀過去 50 年里 , 機(jī)器人主要被應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)和危險(xiǎn)環(huán)境中的探測(cè)工作?,F(xiàn)在 更大的市場(chǎng)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了家庭 , 每個(gè)家庭都擁有機(jī)器人 ! 將不再是科幻小說中的 情節(jié)。 雖
3、然現(xiàn)在人們還不能擁有一個(gè)全智能的機(jī)器人管家 , 但至少可以把一個(gè)吸 塵器機(jī)器人帶回家。2003 年 , 日本泰姆澤庫公司研發(fā)了恐龍機(jī)器人 番龍 ! ( 如圖 1 所示 。該機(jī) 器人比一般看門狗大一些 , 大小和大型警犬差不多 , 如果家中出現(xiàn)異常情況 , 就會(huì)呼叫主人手機(jī) , 通知主人家中有異常 , 或者根據(jù)傳感器的反應(yīng) , 主人可以遠(yuǎn) 距離操縱 番龍 !尋找所出現(xiàn)的異?,F(xiàn)象。 圖 1 機(jī)器人 番龍 !2005 年日本發(fā)布了 PaPeRo2005( 如圖 2 所示 , 這是一款強(qiáng)化通訊功能的家庭型機(jī)器人。它可以在噪聲環(huán)境下分辨聲音 , 即使開著電視也能與人對(duì)話 , 而且對(duì)手寫筆記、文字和動(dòng)畫有
4、識(shí)別能力 , 有與人自然溝通的能力 , 可與兒童對(duì)話并實(shí)現(xiàn)部分兒童監(jiān)護(hù)功能 4 。 圖 2 PaPeRo20052007 年日本公司在大阪展示了它們正在開發(fā)的新型家務(wù)機(jī)器人 ( 如圖 3所 示 。 該機(jī)器人外觀似泰迪熊 , 它帶有的聲音識(shí)別系統(tǒng) , 可以聽懂一萬多種命令 并能夠準(zhǔn)確執(zhí)行這些命令 , 例如 : 你沖它說 開燈 ! 它就會(huì)把燈打開 ; 你說換臺(tái) ! 它就會(huì)為你改變電視現(xiàn)在的節(jié)目。 圖 3形似泰迪熊的家庭機(jī)器人2008 年太平洋網(wǎng)公布了信息時(shí)報(bào)綜合報(bào)道的加拿大 IT 奇才打造完美機(jī)器 人妻子 Aiko( 如圖 4 所示 , 該女性機(jī)器人一頭秀發(fā) , 五官精致 , 能簡(jiǎn)單從事 清潔和家
5、務(wù)工作 , 精于數(shù)學(xué) , 可以認(rèn)人 , 能夠大聲讀報(bào)紙 , 給人指方向等 圖 4女性機(jī)器人 Aiko3、 家庭組機(jī)器人的國(guó)際賽事RoboCup (機(jī)器人足球世界杯是一個(gè)國(guó)際性的研究組織,它通過提出一 系列標(biāo)準(zhǔn)問題來促進(jìn)人工智能及機(jī)器人的研究和發(fā)展。 RoboCup 起初主要以 足球機(jī)器人作為研究對(duì)象, 經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)展重心逐漸轉(zhuǎn)移到機(jī)器人的實(shí)際 應(yīng)用問題,家庭機(jī)器人賽事應(yīng)運(yùn)而生。 RoboCup 家庭組機(jī)器人賽事主要目的 是為了提高自主機(jī)器人在實(shí)際生活中的應(yīng)用以及機(jī)器人同人類的友好交互, 目 標(biāo)是促進(jìn)可協(xié)助人類日常生活的實(shí)用機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。RoboCup 家庭組機(jī)器人裝備有激光、視覺、羅盤
6、等傳感器,比賽場(chǎng)地為非結(jié) 構(gòu)化場(chǎng)景的家庭環(huán)境, 機(jī)器人預(yù)先不知道家庭環(huán)境的布局并且在比賽過程中所有 家具可以重新布置, 重點(diǎn)學(xué)習(xí)研究機(jī)器人在家庭環(huán)境下進(jìn)行自定位與自建地圖的 方法。4 家庭機(jī)器人發(fā)展的技術(shù)因素分析機(jī)器人技術(shù)是多技術(shù)集成, 它的進(jìn)步取決于其他領(lǐng)域的發(fā)展, 特別是計(jì)算機(jī)、 信息處理、 傳感器和驅(qū)動(dòng)器、 通信和網(wǎng)絡(luò)等。 制約家用服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共 性技術(shù)主要包括如下方面。(1 自主移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)技術(shù)大量服務(wù)機(jī)器人通過自主移動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在室內(nèi)環(huán)境下的運(yùn)動(dòng), 盡管因其服務(wù) 功能不同而需要在移動(dòng)平臺(tái)上配置不同的輔助機(jī)構(gòu), 但自主移動(dòng)機(jī)器人通??梢宰鳛橄喈?dāng)一大類家用服務(wù)機(jī)器人的基礎(chǔ)平臺(tái)。在
7、這類平臺(tái)上存在一些共性問題, 如控制器、 驅(qū)動(dòng)器和傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化問題、 機(jī)器人操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問題、 機(jī)器 人內(nèi)部通信總線的魯棒性問題、 機(jī)器人的集成開發(fā)環(huán)境問題等。 在集成上述關(guān)鍵 技術(shù)問題的基礎(chǔ)上,若研究開發(fā)開放式和標(biāo)準(zhǔn)化的移動(dòng)機(jī)器人硬件和軟件平臺(tái), 可以為服務(wù)機(jī)器人提供直接有效的運(yùn)動(dòng)部件, 適應(yīng)對(duì)不同服務(wù)內(nèi)容機(jī)器人的柔性 求。(2 機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)家用服務(wù)機(jī)器人在不同的作業(yè)環(huán)境下工作, 需要不同類型的移動(dòng)機(jī)構(gòu)和作業(yè) 機(jī)構(gòu)。 機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將朝著微型化和一體化的方向發(fā)展。 開發(fā)具 有真正操作能力的機(jī)器人,必須解決服務(wù)機(jī)器人的移動(dòng)機(jī)構(gòu)和作業(yè)機(jī)構(gòu)對(duì)家 庭環(huán)境和不同作業(yè)任務(wù)的適應(yīng)性問題。
8、比如, 學(xué)術(shù)界一直熱衷于雙足機(jī)器人、 仿 人型操作臂和靈巧手的開發(fā), 雖然日本、 韓國(guó)和歐盟都已經(jīng)開發(fā)出高水平的樣機(jī), 但是由于其機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高昂成本和有限功能, 這些樣機(jī)目前還僅僅停留在 實(shí)驗(yàn)室階段。(3 感知技術(shù)傳感器是服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵部件, 是其對(duì)環(huán)境做出準(zhǔn)確、 及時(shí)反映的信息基 礎(chǔ)。 針對(duì)家用服務(wù)機(jī)器人對(duì)獲取周圍感知信息的需求, 開發(fā)物美價(jià)廉的適合在家 庭環(huán)境內(nèi)使用的 (包括對(duì)人體安全的 傳感器模塊, 是服務(wù)機(jī)器人真正以低成本 進(jìn)入普通百姓家庭的必要條件。 在家用機(jī)器人中, 根據(jù)需要開發(fā)使用各種新型視 覺系統(tǒng)和傳感器件以及對(duì)多個(gè)傳感器信息的處理和融合, 這是家用機(jī)器人獲得更 準(zhǔn)確、
9、 完整的環(huán)境信息、 提高系統(tǒng)智能決策水平的關(guān)鍵。 提高現(xiàn)有傳感信息處理 的實(shí)時(shí)性和對(duì)環(huán)境變化的魯棒性也是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的課題。除了傳統(tǒng)的超聲 波、 紅外、 視覺等傳感器外, 新型的觸覺傳感器、 位姿傳感器等智能傳感務(wù)機(jī)器 人感知技術(shù)未來的發(fā)展方向。(4 交互技術(shù)家用機(jī)器人既以服務(wù)為目的, 人們自然需要有更多、 更方便、 更自然的方式 與機(jī)器人進(jìn)行交互,這包括高層次的情感交互及低層次的力覺和觸覺的交互等, 而不再滿足操縱鍵盤和按鈕的方式。 基于視覺和聽覺的人機(jī)交互是該領(lǐng)域的發(fā)展 方向, 受制于當(dāng)前語音理解與合成技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的研究水平。 交互技術(shù) 的目標(biāo)是賦予機(jī)器人以情感 , 把人與人之間
10、要依靠語音和視覺交互的習(xí)慣,逐漸 延伸到人與機(jī)器之間的交互。(5 自主技術(shù)家用機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境通常是半結(jié)構(gòu)化環(huán)境, 其執(zhí)行的任務(wù)多樣復(fù)雜。 因此, 對(duì)于各種實(shí)用性的家用機(jī)器人來說,如何提高其對(duì)變化環(huán)境和多種任務(wù)的適應(yīng) 性, 提高自主服務(wù)能力, 是一項(xiàng)具有平臺(tái)性的關(guān)鍵技術(shù)。 自主技術(shù)的目標(biāo)是賦予 機(jī)器人以思維,其主要包括:任務(wù)規(guī)劃、環(huán)境創(chuàng)建與自定位、路徑規(guī)劃、實(shí)時(shí)導(dǎo) 航、目標(biāo)識(shí)別等。(6 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合促進(jìn)了機(jī)器人技術(shù)的 _發(fā)展, 也給機(jī)器人 技術(shù)提出了挑戰(zhàn)。 為彌補(bǔ)當(dāng)前智能機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)展的不成熟, 通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)操作 者對(duì)機(jī)器人的計(jì)算機(jī)輔助遙操作, 是對(duì)智能機(jī)器人系統(tǒng)的一個(gè)很好的補(bǔ)充。 但這 也提出了一些挑戰(zhàn),如網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、丟包、亂序、透明度、臨場(chǎng)感等。通過網(wǎng)絡(luò)可 以將機(jī)器人構(gòu)成一個(gè)動(dòng)態(tài)分布式系統(tǒng)。 從機(jī)器人角度看, 這就提出了分布式導(dǎo)航 定位、建模、協(xié)調(diào)控制等問題。5 家庭機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)時(shí)至今日, 縱觀國(guó)內(nèi)外服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展, 可以發(fā)現(xiàn)服務(wù)機(jī)器人在我國(guó)具 有廣闊的市場(chǎng)空間。機(jī)器人已從第一代示教再現(xiàn)型機(jī)器人、第二代帶感覺的機(jī) 器人發(fā)展到第三代智能機(jī)器人,
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