服務機器人基礎 課件 項目2 認識家用服務機器人

項目2認識家用服務機器人目錄CONTENTES項目導入1學習目標2知識鏈接3動手實踐4項目評價5項目小結(jié)6項目習題7

隨著社會經(jīng)濟的進步以及機器人技術(shù)的發(fā)展與成熟，家庭服務機器人將是繼個人計算機之后的一個新興產(chǎn)業(yè)，將是第三個以超規(guī)模速度走向家庭的產(chǎn)品，具有廣闊的市場空間。家用服務機器人，很重要的一個定義就是服務于人類，包括家務需求、小孩教育陪伴等，它面向千家萬戶，需求市場十分廣闊?！卷椖繉搿?.了解個人/家用服務機器人的分類。2.了解工具型機器人的典型案例和應用。3.了解教育型機器人的典型案例和應用。4.了解開源人形雙足教育機器人的基本功能。5.能夠簡單操作開源人形雙足教育機器人?！緦W習目標】【知識鏈接】2.1個人/家用服務機器人簡介2.1.1定義與分類個人/家用服務機器人是能夠代替人類完成家庭及個人服務工作的機器人。它包括行進裝置、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行裝置、存儲裝置、交互裝置和服務功能裝置等。使用這類機器人通常不需要用戶具備機器人相關的專業(yè)知識和技能。教育教學助老助殘情感陪伴智能家居數(shù)字娛樂健康醫(yī)療文化體育家用服務機器人根據(jù)使用用途和應用場景家政機器人

娛樂機器人

安防監(jiān)控機器人

個人/家用服務機器人分類根據(jù)使用用途和應用場景的不同，個人/家用服務機器人可分為家政、教育、娛樂、養(yǎng)老助殘、安防監(jiān)控機器人等。根據(jù)功能細分和用戶需求的不同，又可將其分為工具型服務機器人和教育型服務機器人?！局R鏈接】2.1個人/家用服務機器人簡介2.1.1定義與分類個人/家用服務機器人是能夠代替人類完成家庭及個人服務工作的機器人。它包括行進裝置、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行裝置、存儲裝置、交互裝置和服務功能裝置等。使用這類機器人通常不需要用戶具備機器人相關的專業(yè)知識和技能。按照智能化程度和用途的不同，目前的個人/家用服務機器人還可以分為初級小家電類機器人、幼兒早教類機器人、和人機互動式個人/家用服務機器人。初級小家電類機器人幼兒早教類機器人按照智能化程度和用途的不同人機互動式個人/家用服務機器人【知識鏈接】2.1個人/家用服務機器人簡介2.1.2發(fā)展概況中國在20世紀90年代中后期開始研究服務機器人技術(shù)，并在政策扶持和信息技術(shù)、人工智能技術(shù)的推動下迅速發(fā)展。家庭服務機器人市場在2005年前后初具規(guī)模，自2011年以來，國內(nèi)家庭服務機器人企業(yè)數(shù)量逐漸增加，截至2021年6月底已達到355家。目前，國內(nèi)家庭服務機器人包括掃地機器人、炒菜機器人、教育機器人、家庭陪伴機器人和智能玩具機器人等各種類型。1999年：日本索尼公司推出寵物機器人愛寶2002年：美國IRobot公司推出了家用清潔機器人Rcombam2004年，韓國的SK公司推出安保機器人Mastitech國外國內(nèi)20世紀90年代中后期起步階段2005年前后至今快速發(fā)展階段1.發(fā)展歷程【知識鏈接】2.1個人/家用服務機器人簡介2.1.2發(fā)展概況近年來，受國家政策支持、居民收入增加、社會需求擴大和相關技術(shù)進步等因素影響，中國家庭服務機器人行業(yè)迅速發(fā)展，市場規(guī)模不斷擴大。據(jù)《2021年中國家庭服務機器人行業(yè)研究報告》顯示，中國家庭服務機器人的滲透率僅為4.3%，2013年市場規(guī)模為9.6億元，而到2020年已增長至114.6億元，復合年增長率達42.5%。家庭服務機器人已成為服務機器人行業(yè)中的重要品類。2.市場規(guī)模及增速中國家庭服務機器人市場規(guī)模變化情況（單位：億，%）數(shù)據(jù)來源：深圳市人工智能行業(yè)協(xié)會【知識鏈接】2.1個人/家用服務機器人簡介2.1.2發(fā)展概況為促進家庭服務機器人行業(yè)發(fā)展，國家出臺支持政策，如《中國制造2025》、《關于促進機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》、《關于促進老年用品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》等政策。隨著中老年人口增加和社會老齡化，2030年全國養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)規(guī)模預計將達22.3萬億元。未來，國內(nèi)養(yǎng)老陪護機器人市場有望快速增長，為人們提供更輕松、舒適的居家環(huán)境。家庭服務機器人或許將成為人們生活中的助手，類似于手機普及的情形。3.發(fā)展前景發(fā)布時間文件名稱相關內(nèi)容2015.05《中國制造2025》圍繞醫(yī)療健康、家庭服務、教育娛樂等服務機器人應用需求，積極研發(fā)新產(chǎn)品，促進機器人標準化、模塊化發(fā)展，擴大市場應用。2016.12《關于促進機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》面向國家戰(zhàn)略需求和民生重大問題，創(chuàng)新支持政策和應用模式，推動服務機器人在助老助殘、醫(yī)療康復、應急救援、公共服務等領域的應用示范，及時總結(jié)試點示范經(jīng)驗并有序推廣。2017.07《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》攻克智能機器人核心零部件、專用傳感器，完善智能機器人硬件接口標準、軟件接口協(xié)議標準以及安全使用標準。研制智能服務機器人，實現(xiàn)大規(guī)模應用并進入國際市場。2019.10《制造業(yè)設計能力提升專項行動計劃（2019-2022年）》在機器人領域，重點突破系統(tǒng)開發(fā)平臺和伺服機構(gòu)設計，多功能工業(yè)機器人、服務機器人、特種機器人設計等。2019.12《關于促進老年用品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導意見》支持智能交互、智能操作、多機協(xié)作等關鍵技術(shù)研發(fā)，提升家庭服務機器人等適老產(chǎn)品的智能水平、實用性和安全性。2020.12《國務院辦公廳關于促進養(yǎng)老托育服務健康發(fā)展的意見》推進智能服務機器人后發(fā)趕超，啟動康復輔助器具應用推廣工程，實施智慧老齡化技術(shù)推廣應用工程，實施智慧老齡化技術(shù)推廣應用工程，構(gòu)建安全便捷的智能化養(yǎng)老基礎設施體系2021.03《“十四五”規(guī)劃》應用感應控制、語音控制、遠程控制等技術(shù)手段，發(fā)展服務機器人等家庭服務機器人國家政策【知識鏈接】2.1個人/家用服務機器人簡介2.1.3核心技術(shù)家庭服務機器人的核心技術(shù)包括人機交互、導航及路徑規(guī)劃、多機器人協(xié)調(diào)、人工智能、云計算等，具體涉及語音、語義、處理器、算法、通訊、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等，以實現(xiàn)家庭服務機器人的自主性、適應性、智能性。人機交互人工智能導航及路徑規(guī)劃多機器人協(xié)調(diào)云計算語音語義處理器算法通訊大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)【知識鏈接】2.1個人/家用服務機器人簡介2.1.3核心技術(shù)1.環(huán)境感知技術(shù)環(huán)境感知就是利用各種傳感器采集環(huán)境信息，并將信息傳輸給家庭服務機器人決策模塊進行分析和處理的技術(shù)。環(huán)境感知技術(shù)為家庭服務機器人定位建圖、路徑規(guī)劃、運動控制提供依據(jù)。環(huán)境感知模塊構(gòu)成【知識鏈接】2.1個人/家用服務機器人簡介2.1.3核心技術(shù)2.定位建圖技術(shù)SLAM(simultaneouslocalizationandmapping)即同步定位與地圖構(gòu)建，指解決家庭服務機器人在未知環(huán)境中通過傳感器采集信息，確定自身具體位置和姿態(tài)并構(gòu)建其所探索環(huán)境的地圖，從而實現(xiàn)自主移動的方法。SLAM是家庭服務機器人實現(xiàn)自主化的重要技術(shù)。經(jīng)典SLAM框架【知識鏈接】2.1個人/家用服務機器人簡介2.1.3核心技術(shù)3.路徑規(guī)劃技術(shù)路徑規(guī)劃技術(shù)通過選擇最短或運算時間消耗最短的路徑來避障。其核心問題是在一定約束條件下找到最優(yōu)解。根據(jù)環(huán)境信息已知程度的不同，路徑規(guī)劃可分為全局和局部兩種類型。全局路徑規(guī)劃是在已知環(huán)境信息下規(guī)劃行走路線，而局部路徑規(guī)劃是在未知或部分未知環(huán)境情況下規(guī)劃路線。目前，國內(nèi)家庭服務機器人市場主要以全局規(guī)劃類產(chǎn)品為主。不同路徑規(guī)劃比較類型全局路徑規(guī)劃局部路徑規(guī)劃區(qū)別完全知道環(huán)境信息完全未知或部分未知環(huán)境信息優(yōu)點對機器人系統(tǒng)實時計算能力要求不高；規(guī)劃結(jié)果是全局的、較優(yōu)的對環(huán)境信息的誤差和變化魯棒性好缺點對環(huán)境信息的誤差和變化魯棒性差對機器人系統(tǒng)實時計算能力要求高；規(guī)劃結(jié)果可能不是最優(yōu)的，甚至找不到正確路徑算法Dijkstra算法、A*算法、自由空間法、可視圖算法、單元分解法、快速隨機搜索樹算法等D*算法、動態(tài)窗口法、LPA*算法、D*Lite算法、DDPG算法、TEB算法等【知識鏈接】2.1個人/家用服務機器人簡介2.1.3核心技術(shù)4.人機交互技術(shù)人機交互技術(shù)是指人與計算機或機器設備通過觸控、語音、體感、腦機等方式進行交流的技術(shù)，是家庭服務機器人和人工智能領域的關鍵技術(shù)之一。優(yōu)秀的人機交互設計可以提升家庭服務機器人的智能水平，改善用戶體驗。聽覺交互視覺交互力觸覺交互主流交互方式語音識別觸摸感應手勢識別表情識別人臉識別表情識別【知識鏈接】2.2家政服務機器人2.2.1掃地機器人簡介掃地機器人是智能家電的一種，具備自主清潔能力，由清潔模塊和自主導航模塊組成。技術(shù)原理上類似于傳統(tǒng)吸塵器，可看作是家電領域中的超級智能吸塵器。掃地機器人【知識鏈接】2.2家政服務機器人2.2.2掃地機器人發(fā)展史【知識鏈接】2.2家政服務機器人2.2.2掃地機器人發(fā)展史1.第一代：掃地機器人的誕生伊萊克斯的“三葉蟲”

世界上第一臺量產(chǎn)型掃地機器人的原型出現(xiàn)于1996年，叫做“三葉蟲”

，因為酷似古代生物三葉蟲，它是由瑞典家電巨頭伊萊克斯（Electrolux）制造誕生的，機器后部采用單滾刷及無邊刷設計，擁有無電自動回充防跌落的功能。初代機器速度慢且運算速度不夠快，存在無法及時響應信號的問題。第二代增加了紅外傳感器，但無下視探頭，只能水平規(guī)避障礙。市場反響不佳主要因價格高、機身厚重、清掃效率低等問題，難以普及?！局R鏈接】2.2家政服務機器人2.2.2掃地機器人發(fā)展史2002年，軍工機器人出身的iRobot發(fā)布了家用掃地機器人Roomba，采用隨機碰撞式的清潔模式。起初iRobot公司只生產(chǎn)了15000多臺，但是在發(fā)布會上就銷售了1萬多臺，于是同年圣誕節(jié)又追加生產(chǎn)了5萬臺，此后正式開啟了掃地機器人的發(fā)展爆發(fā)階段。Roomba的厚度低于12厘米以下，增加邊刷輔助清潔，對墻角的清潔能力有所提升，但隨機碰撞，覆蓋率低，吸力較弱。2.第二代：隨機式清掃時代Roomba掃地機器人【知識鏈接】2.2家政服務機器人2.2.2掃地機器人發(fā)展史2004年，美國iRobot公司推出了一款利用燈塔輔助定位的掃地機器人。燈塔發(fā)出信號被掃地機接收，從而判斷出自己和燈塔的距離，這在很大程度上改善了之前隨機碰撞的情況。但是由于相對參照坐標，因此對燈塔的擺放有著極高的要求，很多時候覆蓋率的高低完全取決于，擺放者的水平。當時燈塔掃地機器人搜索的關鍵詞，往往都是在求助如何擺放燈塔。3.第三代：隨機式清掃時代-燈塔定位iRobotRoomba880【知識鏈接】2.2家政服務機器人2.2.2掃地機器人發(fā)展史

2008年，具有攝像定位功能的規(guī)劃式清掃機器人誕生。這類型的掃地機器人利用攝像頭掃描周圍環(huán)境，通過紅外傳感器和數(shù)學算法來測繪出環(huán)境地圖，從而達到導航清掃的目的。同時，該類型掃地機器人還具有自動回充功能。但也由于其存在對環(huán)境光線要求高、價格昂貴等弊端，難以在普通消費者中普及。4.第四代：規(guī)劃式清掃時代-攝像頭定位攝像頭定位規(guī)劃式清掃機器人【知識鏈接】2.2家政服務機器人2.2.2掃地機器人發(fā)展史

2010年2月，NeatoXV-11掃地機器人推出，這是第一個使用可以360度旋轉(zhuǎn)的激光測距儀掃描周圍的環(huán)境并進行即時定位與環(huán)境地圖構(gòu)建（SLAM），在此基礎上進行合理規(guī)劃清掃路線，掃地機器人開始由隨機式清掃進入了規(guī)劃式清掃時代。Neato還可以進行斷點記憶恢復，當它因電量不足而自動返回充電完畢后，可以從上次返回的斷點接著進行清掃。5.第五代：規(guī)劃式清掃時代-激光掃描定位【知識鏈接】2.2家政服務機器人2.2.3掃地機器人分類1.按清潔系統(tǒng)分類單吸口式單吸口式掃地機器人設計簡單，只有一個吸入口。雖然對地面的浮塵清潔效果較好，但對桌子下面積聚已久的灰塵以及靜電吸附的灰塵清潔效果不理想。中刷對夾式中刷對夾式掃地機器人通過旋轉(zhuǎn)的膠刷和毛刷夾起垃圾，適合清理大顆粒物和地毯，但對處理地面微塵效果較差，更適合全地毯的家居環(huán)境。升降V刷式升降V刷式掃地機器人采用升降V刷浮動清潔方式，能夠更好地貼合地面環(huán)境，特別適用于清潔靜電吸附的灰塵。整個V刷系統(tǒng)可以自動升降，并在三角區(qū)域形成真空負壓，提升清潔效果?！局R鏈接】2.2家政服務機器人2.2.3掃地機器人分類2.按偵測系統(tǒng)分類紅外線傳輸距離遠，但對使用環(huán)境要求高。在遇到淺色或深色家居物品時，紅外線無法反射回來，可能導致機器人與物品碰撞，長時間下底部的家居物品會被撞出斑斑點點。仿生超聲波技術(shù)的掃地機器人，借鑒了鯨魚和蝙蝠的原理，利用聲波偵測家居物品和空間方位，具有高靈敏度和較高的技術(shù)成本。這種技術(shù)在航空工業(yè)上也有廣泛的運用。紅外傳感超聲波仿生技術(shù)【知識鏈接】2.2家政服務機器人2.2.3掃地機器人分類3.按清掃路線分類

（b）規(guī)劃式清掃路線

（a）隨機式清掃路線

傳統(tǒng)的隨機式掃地機器人在清掃時通常路徑混亂，它們通過不斷碰撞障礙物來重新規(guī)劃路線。這種方式比較盲目，清掃效果不佳，且容易導致家具損壞。規(guī)劃式掃地機器人通過引入導航定位技術(shù)，其算法相較于隨機式掃地機器人更為復雜。合理的路徑規(guī)劃直接影響著掃地機器人的工作效率。【知識鏈接】2.2家政服務機器人2.2.3掃地機器人分類4.按制導方式分類

陀螺儀導航掃地機器人010203

激光導航掃地機器人

視覺導航掃地機器人【知識鏈接】2.2家政服務機器人2.2.4掃地機器人應用1.掃地機器人組成(a)主機（b）集塵寶和充電座

掃地機器人結(jié)構(gòu)組成圖【知識鏈接】2.2家政服務機器人2.2.4掃地機器人應用2.掃地機器人傳感器機器人離不開各種傳感器，以感知外界環(huán)境并做出相應決策。隨著掃地機器人功能的增強和智能化水平的提高，其所配備的傳感器種類也在不斷豐富。目前，常見的掃地機器人傳感器包括：超聲波傳感器：利用超聲波測距原理實現(xiàn)避障，通過接收反射波判斷障礙物距離及大小。紅外測距傳感器：根據(jù)紅外信號反射強度判斷障礙物距離，用于檢測周圍環(huán)境變化。接觸式傳感器：如電感式位移傳感器、電容式位移傳感器等，用于測量空間大小，避免機器人鉆入難以脫身的情況。防碰撞傳感器：設有碰撞板和光電開關，可感知碰撞并向控制系統(tǒng)傳達信息。防跌落傳感器：位于機器人下方，測距機器人與邊緣距離，避免跌落。邊緣檢測傳感器：確保機器人清掃墻邊時與墻保持固定距離，有效清理墻邊灰塵。光電編碼器/里程計：用于位置和速度檢測，記錄驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)角度以確定機器人位置?！局R鏈接】2.3教育服務機器人2.3.1教育服務機器人簡介人形機器人AlphaEbot教育服務機器人是應用在教育領域的機器人，旨在結(jié)合教育學與機器人學原理，培養(yǎng)學生的能力。關于教育機器人的定義觀點有所不同，主要包括教具觀（專門設計研發(fā)用于教育的機器人）、玩具觀（數(shù)字化智能玩具，以娛樂教育為目的）和綜合觀（應用于教育教學）。【知識鏈接】2.3教育服務機器人2.3.2教育機器人發(fā)展史國外教育機器人研究開展較早，在上世紀六七十年代日本、美國、英國等西方發(fā)達國家已經(jīng)相繼在本國大學里開展了對機器人教育的研究，到了七八十年代他們在中小學也進行了簡單的機器人教學，在此過程中也推出了各自的教育機器人基礎開發(fā)平臺。我國教育機器人研究在七八十年代就開展了，在我國的“七五”計劃、“863”計劃中均有相關的內(nèi)容。而針對中小學的機器人教學起步較晚，直到上世紀九十年代的中后期才得到了初步的發(fā)展?！局R鏈接】2.3教育服務機器人2.3.2教育機器人發(fā)展史1.發(fā)展早期：技術(shù)概念為產(chǎn)品主要賣點教育機器人市場發(fā)展初期，技術(shù)的受關注度更高，各類搭載人工智能技術(shù)（語音交互、圖像識別等）的產(chǎn)品層出不窮。但當時的人工智能等技術(shù)實際成熟度不夠，導致產(chǎn)品新奇性效果大于實際用處，產(chǎn)品在實際應用中解決問題的能力差距很大?！局R鏈接】2.3教育服務機器人2.3.2教育機器人發(fā)展史

隨著市場逐漸發(fā)展，教育機器人領域開始出現(xiàn)大量價格戰(zhàn)與營銷戰(zhàn)，產(chǎn)品同質(zhì)性高且魚龍混雜。這種現(xiàn)象不僅導致用戶的產(chǎn)品信心被消耗許多，同時也導致人工智能技術(shù)在教育領域的深度應用探索受到影響。

許多專注于技術(shù)研究的公司發(fā)展遇阻，技術(shù)研發(fā)開支受到影響，同時也不得不舍棄部分技術(shù)開發(fā)應用，降低產(chǎn)品性能與價格。2.發(fā)展中期：低價格與營銷為市場主要特征【知識鏈接】2.3教育服務機器人2.3.2教育機器人發(fā)展史在現(xiàn)階段及未來，許多行業(yè)內(nèi)參與者們開始注重回歸教育本身，著重強調(diào)將人工智能等技術(shù)與教育的深度結(jié)合，注重產(chǎn)品搭載的教育內(nèi)容以及解決實際問題的重要性。3.現(xiàn)階段及未來：技術(shù)與教育深度結(jié)合，專注細分場景【知識鏈接】2.3教育服務機器人2.3.3教育機器人分類【知識鏈接】2.3教育服務機器人2.3.4教育機器人應用教育機器人市場日益豐富，涌現(xiàn)出諸如樂高、慧魚、樂博樂博、能力風暴、悟空、Makeblock、大疆創(chuàng)新等知名產(chǎn)品。同時，針對中高職和本科院校的教學實訓需求，也推出了高精度輕工業(yè)級別的教育機器人，以及開源人形雙足教育機器人和智能商用服務機器人教學平臺等產(chǎn)品，支持學生學習機器人程序設計和應用二次開發(fā)等技能。樂高慧魚能力風暴悟空機器人【知識鏈接】2.3教育服務機器人2.3.4教育機器人應用1.mBot編程機器人mBot編程機器人是MakeBlock旗下的明星產(chǎn)品，作為一款入門級的STEAM教育機器人，配備圖形化編程軟件，非常適合初學者探索STEM（科學、技術(shù)、工程和數(shù)學）知識，體驗機械學、電子學、控制系統(tǒng)和計算機科學的樂趣。該產(chǎn)品目前被廣泛應用于國內(nèi)外的中小學校。在硬件結(jié)構(gòu)方面，mBot采用模塊化設計，電子模塊與主板接口采用顏色區(qū)分，只需匹配相應顏色進行接線即可。此外，mBot還配備豐富的傳感器，并在主板上提供了4個擴展接口，支持連接更多的電子模塊，學習者可以搭配擴展包或者創(chuàng)客空間提供的400多種零部件，創(chuàng)造各種創(chuàng)意作品。在軟件方面，mBot編程機器人支持mblock3和慧編程兩款軟件，使用積木式的編程方式，讓學習者能夠輕松地將想法變?yōu)楝F(xiàn)實。同時，mBot還支持ArduinoC語言編程，滿足學習者在編程學習、結(jié)構(gòu)設計、傳感器應用、電路設計以及人工智能技術(shù)應用基礎等方面的學習和實踐需求?！局R鏈接】2.3教育服務機器人2.3.4教育機器人應用2.機甲大師RoboMasterS1機甲大師RoboMasterS1，是大疆創(chuàng)新于2019年6月12日發(fā)布的首款教育機器人。該款機器人秉承寓教于樂的設計理念，機身配置多達31個傳感器，可以感知圖像、光線、聲音、振動等觸感，同時支持Scratch和Python兩種編程語言，可以對機身46個可編程部件進行編程，為青少年和科技愛好者搭建體驗人工智能技術(shù)的平臺。機甲大師RoboMasterS1還設計了多種競技模式，并且鼓勵用戶通過學習、研究去編寫專屬的自定義技能，從而在比賽中釋放出來。將原本復雜、枯燥的編程技能，融入有趣的機器人對戰(zhàn)中，讓青少年在玩中學習更輕松。【知識鏈接】2.3教育服務機器人2.3.4教育機器人應用3.阿爾法蛋機器人阿爾法蛋機器人是安徽淘云科技股份有限公司（以下簡稱：淘云科技）打造的兒童智能機器人系列產(chǎn)品。阿爾法蛋機器人將人工智能與兒童教育結(jié)合，基于訊飛超腦及淘云TYOS系統(tǒng)，搭配海量云端兒童教育內(nèi)容，致力于為每個孩子提供人工智能學習助手。圍繞不同年齡段兒童的成長特性，設計了科學的內(nèi)容體系，為孩子提供精選的成長資源。依托淘云專為孩子定制的人工智能技術(shù)為孩子提供學習方式，提高學習興趣和效率；同時，家長可以通過APP掌握孩子的學習情況和所聽所說，推送孩子成長所需的內(nèi)容?！局R鏈接】2.3教育服務機器人2.3.4教育機器人應用4.開源人形雙足教育機器人Yanshee

開源人形雙足教育機器人Yanshee（以下簡稱“教育機器人Yanshee”）。是深圳市優(yōu)必選科技股份有限公司開發(fā)的一款面向職業(yè)院校和普通高等教育學生的開源人形機器人學習平臺。該機器人的硬件整體架構(gòu)框圖如圖所示，分為上位機和下位機兩部分。上位機由主控板樹莓派及攝像頭、系統(tǒng)軟件存儲器SD卡等構(gòu)成，下位機由舵機控制板、各個傳感器模塊、麥克風及揚聲器等構(gòu)成，其硬件模塊功能描述如表所示。教育機器人Yanshee開源人形雙足教育機器人整體結(jié)構(gòu)框圖【知識鏈接】2.3教育服務機器人2.3.4教育機器人應用4.開源人形雙足教育機器人Yanshee教育機器人Yanshee主要硬件模塊功能描述【動手實踐】實踐任務1實踐任務1：列出你所知道的服務機器人類型和品牌一、實踐組織以小組調(diào)研討論PK匯報的形式完成任務實踐。二、實踐內(nèi)容以小組為單位，利用網(wǎng)絡、期刊等途徑，針對以下主題進行討論。主題1：什么是家庭服務機器人？家庭服務機器人的類型有哪些？主題2：家庭服務機器人的核心技術(shù)有哪些？主題3：我國的家庭服務機器人廠商有哪些？主題4：說一說你眼中的家庭服務機器人是什么樣的？每組利用15分鐘進行歸納總結(jié)，并制作對此主題的分析PPT。每個小組依次派代表進行主題討論結(jié)果演講，最后由全體同學進行投票，決出優(yōu)勝小組。實踐任務2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機器人--Yanshee”實踐任務2【動手實踐】基于前面對家庭服務機器人的概念、種類學習與了解，依托開源人形雙足教育機器人進行教育服務機器人的體驗實訓，感受教育服務機器人的智能化和趣味性。任務描述任務目標通過玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機器人—Yanshee”實踐任務主要達到以下目標：①深入了解服務機器人的核心技術(shù)、系統(tǒng)組成以及應用場景；②認識開源人形雙足教育機器人的交互方式，體驗雙足教育機器人的運動控制、機器視覺和語音識別等功能；③能熟練操作開源人形雙足教育機器人。實踐任務2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機器人--Yanshee”實踐任務2【動手實踐】任務實施（1）操作開源人形雙足教育機器人開關機①開機操作長按機器人胸前的按鈕2-3秒，直到指示燈閃爍后松開。當聽到機器人的開機問候語后表示開啟成功。開啟后機器人會說：“Yanshee啟動完畢”。②關機操作長按機器人胸前的按鈕2-3秒，當聽到機器人關機提醒：“我準備關機了”松開手即可，機器人會執(zhí)行關機動作。

③緊急制動機器人Yanshee頭部上方有一個紅色按鈕，按一下，機器人電源立即斷開，全身舵機處于掉電狀態(tài)。實踐任務2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機器人--Yanshee”實踐任務2【動手實踐】任務實施（2）機器人聯(lián)網(wǎng)設置①下載安裝移動端應用掃描如圖所示二維碼或前往APPStore及安卓市場下載“Yanshee”，并安裝應用軟件。②機器人配網(wǎng)及連接a)先確認手機/平板的藍牙和WiFi已經(jīng)開啟，再打開YansheeAPP，單擊其主界面右上角的圖標，進入配網(wǎng)設置向?qū)ы撁妗)根據(jù)Yanshee配網(wǎng)設置向?qū)崾?，進行無線網(wǎng)絡設置。實踐任務2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機器人--Yanshee”實踐任務2【動手實踐】任務實施（2）機器人聯(lián)網(wǎng)設置①下載安裝移動端應用掃描如圖所示二維碼或前往APPStore及安卓市場下載“Yanshee”，并安裝應用軟件。②機器人配網(wǎng)及連接c)根據(jù)機器人背部標簽的后4位MAC地址值來選擇要連接的設備，如圖示序列號，確定是否為手機界面所顯示的機器人設備名稱。d)選擇設備后，APP頁面中會顯示與本機WiFi相同的SSID，輸入正確的WiFi密碼后（無密碼直接不輸入），點擊“加入”按鈕，機器人將進行配網(wǎng)連接，此時，機器人會語音提示“正在連接網(wǎng)絡”。當網(wǎng)絡連接成功后，機器人會發(fā)出“您已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)成功”的語音提示；若連接失敗，機器人會發(fā)出“連接網(wǎng)絡失敗”的語音提示，此時可重新進行配網(wǎng)連接。實踐任務2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機器人--Yanshee”實踐任務2【動手實踐】任務實施（3）使用YansheeAPP控制機器人運動①使用虛擬搖桿控制Yanshee機器人單擊YansheeAPP主界面“運動控制”選項，進入機器人運動控制界面，使用虛擬搖桿控制機器人前進、后退、左轉(zhuǎn)及右轉(zhuǎn)。②體驗Yanshee機器人運動表演a)通過YansheeAPP運動控制界面中的“動作演示”進行舞蹈表演。b）通過YansheeAPP運動控制界面中的“角色扮演”進行格斗家、足球員等角色體驗。實踐任務2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機器人--Yanshee”實踐任務2【動手實踐】任務實施（4）Yanshee機器人動作回讀編程體驗回讀編程就是手動調(diào)整好舵機角度設置機器人的動作，控制器會對動作進行回讀記錄，控制端可以將這個位置信息記錄下來，保存為文件后，可以供以后使用。回讀編程支持自主設計機器人動作，以簡便易用的交互方式，記錄機器人端設計動作的舵機數(shù)據(jù)，并支持后期的精確調(diào)整。下面使用回讀編程讓機器人完成上下?lián)]舞雙手動作2次（圖示動作示例）。實踐任務2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機器人--Yanshee”實踐任務2【動手實踐】任務實施（4）Yanshee機器人動作回讀編程體驗①進入“回讀編程”界面單擊YansheeAPP主界面“回讀編程”選項，進入機器人回讀編程界面，單擊“+”進入機器人舵機掉電/上電頁面。②選擇要掉電的回讀肢體在“機器人舵機掉電/上電”頁面，選擇要掉電的舵機。這里選擇機器人的“左手臂”和“右手臂”，左右兩邊有兩個閃電符號，代表機器人舵機為掉電狀態(tài)。機器人舵機掉電/上電頁面選擇要掉電的回讀肢體實踐任務2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機器人--Yanshee”實踐任務2【動手實踐】任務實施（4）Yanshee機器人動作回讀編程體驗③掰動舵機進行回讀記錄先掰一個動作（如圖示，將機器人左右臂分別往上掰動），進行單次記錄，單次記錄后，再次改變舵機的狀態(tài)，再次進行單次記錄。舵機狀態(tài)可參考前文提到的動作示例。用同樣的方法，可以重復多次來進行單次記錄。②保存動作記錄并預覽舵機動作記錄完成后，關掉界面上的“X”回到動作幀界面，動作幀界面由原來的1幀變?yōu)?幀，單擊右下方的“預覽”，此時可以看到機器人將上述記錄的動作已全部記錄下來，機器人按照記錄進行動作表演。單擊右上方的“保存”按鈕，即可保存當前的動作記錄。雙臂上掰示例保存動作記錄并預覽實踐任務2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機器人--Yanshee”實踐任務2【動手實踐】任務實施（4）Yanshee機器人動作回讀編程體驗⑤查看動作列表并分享到機器人端單擊右上方的“動作列表”按鈕，在“我的動作”頁面查看用戶自定義的動作，選擇要分享的動作即可將其發(fā)送到機器人端。在YansheeAPP主界面“我的動作”——“回讀動作”選項下可查看到用戶已發(fā)送到機器人端的動作序列文件?！卷椖吭u價】班級

姓名

學號

日期

自我評價1.能闡述家庭服務機器人的定義、分類及應用場景□是□否2.能闡述家庭服務機器人的發(fā)展歷程□是□否3.能闡述家庭服務機器人的核心技術(shù)、系統(tǒng)組成□是□否4.能列出常見工具型家庭服務機器人類型和品牌□是□否5.能正確操作人形教育機器人“Yanshee”開關機□是□否6.能正確配置人形教育機器人“Yanshee”的網(wǎng)絡□是□否7.能使用人形教育機器人“Yanshee”進行回讀編程操作□是□否8.在完成任務時遇到了哪些問題？是如何解決的？

9.能獨立完成工作頁/任務書的填寫□是□否10.能按時上、下課，著裝規(guī)范11.學習效果自評等級□優(yōu)□良□中□差總結(jié)與反思：小組評價1.在小組討論中能積極發(fā)言□優(yōu)□良□中□差2.能積極配合小組完成工作任務□優(yōu)□良□中□差3.在查找資料信息中的表現(xiàn)□優(yōu)□良□中□差4.能夠清晰表達自己的觀點□優(yōu)□良□中□差5.安全意識與規(guī)范意識□優(yōu)□良□中□差6.遵守課堂紀律□優(yōu)□良□中□差7.積極參與匯報展示□優(yōu)□良□中□差教師評價綜合評價等級：評語：教師簽名：日期：【項目小結(jié)】本項目主要學習了家庭服務機器人的概念、分類及發(fā)展概