摘要：本文簡要回顧國內(nèi)外對(duì)服務(wù)機(jī)器人的研究與發(fā)展現(xiàn)狀。分析介紹一些上門服務(wù)機(jī)器人的通用技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)及輔助技術(shù)。主要概述機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)、智能化等，以及對(duì)家政服務(wù)機(jī)器人的展望。

關(guān)鍵詞：家庭服務(wù)機(jī)器人 通用技術(shù) 關(guān)鍵技術(shù) 智能化

中圖分類號(hào)：F723.84文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2012）08（c）-0024-02

1 引言

隨著現(xiàn)代服務(wù)業(yè)和通訊技術(shù)的發(fā)展，家政服務(wù)機(jī)器人面對(duì)科學(xué)技術(shù)和教育、文化娛樂、國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)服務(wù)、醫(yī)療等問題，是一個(gè)逐漸成長的新領(lǐng)域，是第三代智能機(jī)器人的典型代表，具有巨大的市場(chǎng)前景。家庭服務(wù)機(jī)器人在許多國家已經(jīng)研究完成使用，在中國，從2005年已經(jīng)發(fā)展紛紛。目前，服務(wù)機(jī)器人還沒有統(tǒng)一的定義，在我國主要指用于完成對(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、酒店售貨及餐廳服務(wù)機(jī)器人等。

能夠替代人完成家政服務(wù)工作的機(jī)器人，它包括行進(jìn)裝置、感知裝置、接收裝置、發(fā)送裝置、控制裝置、執(zhí)行裝置、存儲(chǔ)裝置、交互裝置等。所謂感知裝置將在家庭居住環(huán)境內(nèi)感知到的信息傳送給控制裝置，控制裝置指令執(zhí)行裝置作出響應(yīng)，并進(jìn)行防盜監(jiān)測(cè)、安全檢查、清潔衛(wèi)生、物品搬運(yùn)、家電控制，以及家庭娛樂、病況監(jiān)測(cè)、兒童教育、報(bào)時(shí)催醒、家用統(tǒng)計(jì)等工作。

2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀與發(fā)展

從二十世紀(jì)八十年代中期開始，機(jī)器人已從工廠的結(jié)構(gòu)化環(huán)境進(jìn)入人的日常生活環(huán)境，如醫(yī)院、辦公室、家庭及其雜亂的環(huán)境，成為不僅能自主完成工作，而且能與人共同協(xié)作完成任務(wù)或在人的指導(dǎo)下完成任務(wù)的智能服務(wù)機(jī)器人。特別是近幾年，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展速度很快。

（1）在中國，服務(wù)機(jī)器人的研究還沒有形成系統(tǒng)，還處于相對(duì)落后狀態(tài)。至2005年底哈爾濱工業(yè)大學(xué)才研制出一種能看家護(hù)院、自動(dòng)清掃、操持家務(wù)，智能相當(dāng)于七八歲孩子的家政服務(wù)機(jī)器人。機(jī)器人項(xiàng)目負(fù)責(zé)人洪炳熔教授介紹，這款家政服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人足球技術(shù)的具體應(yīng)用。它全身將裝設(shè)超聲波、各種傳感器及保護(hù)裝置，通過這些設(shè)備，機(jī)器人自己可以測(cè)距離、識(shí)別障礙物，不會(huì)碰撞家具和人。他的身體主要是由PC機(jī)組成，所有的“智慧”都囊括其中。機(jī)器人身上還將裝有攝像系統(tǒng)充當(dāng)“眼睛”，拾音器和揚(yáng)聲器則幫助他識(shí)別聲音并開口與人交談，通過安裝輪子，使機(jī)器人行進(jìn)運(yùn)動(dòng)自如靈活。

目前，哈工大新研制出的備受全校師生員工矚目的機(jī)器人舞蹈亮相于2012年央視龍年春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)，成為央視春晚舞臺(tái)上一道獨(dú)特的風(fēng)景。伴隨著速度變化激烈的勃拉姆斯鋼琴曲，機(jī)器人們連續(xù)展現(xiàn)出或明快、或高難、或激昂、或熱烈歡快的舞蹈動(dòng)作，體現(xiàn)出了不同的情趣……

深圳將在2015年推廣家庭服務(wù)機(jī)器人?！渡钲谑锌茖W(xué)技術(shù)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出要轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化服務(wù)機(jī)器人技術(shù)成果。爭取2013年前制定完成服務(wù)機(jī)器人的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使深圳成為我國服務(wù)機(jī)器人主要生產(chǎn)基地，服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)成為新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。在中國，隨著中國人口呈現(xiàn)老齡化的趨勢(shì)，以及居民在消費(fèi)上支出的增加，在未來的十年之內(nèi)，服務(wù)機(jī)器人在中國的需求也會(huì)有明顯的增長。

（2）日本將機(jī)器人作為一種戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。日本愛知世博會(huì)曾舉辦了“機(jī)器人專題展”，65種機(jī)器人與觀眾見面。有伴舞機(jī)器人、機(jī)器人播音員、機(jī)器人騎手、可進(jìn)肚檢查腸胃病機(jī)器人、“味覺”機(jī)器人等新型服務(wù)機(jī)器人，為人們展示了服務(wù)機(jī)器人廣泛的應(yīng)用和廣闊的發(fā)展前景。如日本松下電器公司研制出的一種能幫助人們提重物的機(jī)器人。鑒于日本人老齡化速度的加快，科研人員對(duì)此類家政服務(wù)機(jī)器人的銷路持樂觀的態(tài)度。還有日本東京大學(xué)研制的“HRP-2”機(jī)器人在該大學(xué)內(nèi)演示向人提供茶水服務(wù)。這種機(jī)器人是專門用來做日常家庭服務(wù)的。

（3）德國的社會(huì)環(huán)境卻是有利于機(jī)器人工業(yè)發(fā)展的，由于戰(zhàn)爭，導(dǎo)致勞動(dòng)力短缺及國民技術(shù)水平高等原因，對(duì)一些特出職業(yè)（包括保姆）都可用機(jī)器人來替代。如德國研制的新型獨(dú)臂機(jī)器人，可提供家政服務(wù)。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。科學(xué)家們?cè)跈C(jī)器人上安裝了眾多傳感器，立體視覺色彩攝像儀、激光掃儀、3D攝像儀能夠確保家政機(jī)器人實(shí)時(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)。

（4）韓國已將服務(wù)機(jī)器人技術(shù)列為未來國家發(fā)展的十大“發(fā)動(dòng)機(jī)”產(chǎn)業(yè)。韓國科學(xué)技術(shù)研究所日前研究出了一個(gè)名為“Mahru-Z”的智能機(jī)器人女仆，。Mahru-Z有1.3米高、55公斤重，她的頭部可以轉(zhuǎn)動(dòng)，并有6根手指和三維視覺功能，這讓它能分辨人和不同的家務(wù)任務(wù)。她能幫助主人打掃房子、將衣服傾倒進(jìn)洗衣機(jī)、用微波爐加熱食物等。據(jù)悉，韓國科學(xué)技術(shù)研究所用了兩年時(shí)間才完成這項(xiàng)研究。Mahru-Z正在烤三明治。

（5）美國是機(jī)器人的發(fā)源地，盡管走過了一條重理論、輕開發(fā)應(yīng)用的曲折道路，但美國機(jī)器人的技術(shù)在國際上卻一直處于領(lǐng)先地位。例如，研制出的專治重風(fēng)的機(jī)器人醫(yī)生，將在比歇根州圣約瑟夫默西奧克蘭醫(yī)院率先上崗。這種機(jī)器人頭是一個(gè)顯示屏，可以把醫(yī)院現(xiàn)場(chǎng)的圖像和聲音通過互聯(lián)網(wǎng)傳回給醫(yī)生，醫(yī)生可在不同地點(diǎn)遙控機(jī)器人給病人治療。還有美國軍方為戰(zhàn)爭中下半身受傷不能行走的士兵設(shè)計(jì)出一款新型助殘機(jī)器人，他可以直接將用戶的下半身緊緊圍攏起來，以便更好的感知髕部或其他位置的運(yùn)動(dòng)，從而提供更加靈敏的操控。

在機(jī)器人研究非常發(fā)達(dá)的國家，例如德國、日本和韓國，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)。因此這些國家服務(wù)器人的產(chǎn)業(yè)化，已經(jīng)取得了非常好的成果。

3 家政服務(wù)機(jī)器人的共性技術(shù)

基于同樣的房間環(huán)境和服務(wù)對(duì)象，家庭服務(wù)機(jī)器人有一些關(guān)鍵的通用技術(shù)，比如，機(jī)器人的移動(dòng)平臺(tái)技術(shù)、機(jī)制和驅(qū)動(dòng)器技術(shù)、傳感器技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)，機(jī)器人在房間的定位和導(dǎo)航，智能化及機(jī)器人技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等。其中機(jī)器人的移動(dòng)平臺(tái)技術(shù)可以延長模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)、可重構(gòu)機(jī)器人技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，機(jī)器人遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)技術(shù)、家用機(jī)器人智能化、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。因此，它是非常重要的產(chǎn)業(yè)。

3.1 模塊化和可重構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

上門服務(wù)機(jī)器人有很廣泛的應(yīng)用前景。模塊化和可重構(gòu)設(shè)計(jì)唯一的方法是機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化。他們解決了一個(gè)服務(wù)機(jī)器人能否適合多用途和應(yīng)用的問題?？芍貥?gòu)模塊機(jī)器人系統(tǒng)可以滿足機(jī)器人靈活的市場(chǎng)需求。它由一些模塊化關(guān)節(jié)、模塊連桿、模塊化終端、模塊化驅(qū)動(dòng)器，模塊化控制系統(tǒng)、模塊化通信設(shè)施等組成。這些模塊對(duì)象可以組合成一些能應(yīng)付新情況的機(jī)器人。

3.2 移動(dòng)平臺(tái)技術(shù)

一般服務(wù)機(jī)器人都有移動(dòng)平臺(tái)，如輪式，履帶式，人形以及擁有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和多單元的機(jī)器人。家庭服務(wù)機(jī)器人一般采用輪式或人形機(jī)器人，適合家庭的地形和追蹤。比如，一個(gè)家庭護(hù)理機(jī)器人，追蹤結(jié)構(gòu)不符合家的地形，輪子的結(jié)構(gòu)有易打滑的缺點(diǎn)。如設(shè)計(jì)成的移動(dòng)平臺(tái)，即兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和一個(gè)導(dǎo)向輪。移動(dòng)原理采用三輪式結(jié)構(gòu)和機(jī)理兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模型，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪子被兩個(gè)伺服電機(jī)獨(dú)立。這樣，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方向由不同的速度值來控制，移動(dòng)平臺(tái)能夠滿足使用需求和機(jī)器人視覺系統(tǒng)。

4 移動(dòng)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)

目前，在機(jī)器人學(xué)術(shù)界中，對(duì)仿人形機(jī)器人的研究最為活躍，并且對(duì)仿人機(jī)器人的開發(fā)實(shí)現(xiàn)了許多人類的功能。為了滿足復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)和操縱，人形機(jī)器人需要成熟的身體設(shè)計(jì)，同時(shí)，機(jī)器人學(xué)研究人員開展了一些實(shí)驗(yàn)，使得機(jī)器人在搬運(yùn)物品時(shí)能夠全身協(xié)調(diào)并且穩(wěn)定運(yùn)行。兩足步行機(jī)器人的研究焦點(diǎn)在于使其穩(wěn)定而快速的雙腿走路，不同的是，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的研究主要集中在控制與操縱上，目的是識(shí)別阻抗控制的原則和實(shí)現(xiàn)基本功能。

日本的大多數(shù)工程項(xiàng)目都是研究仿人形移動(dòng)機(jī)器人，早稻田大學(xué)是該項(xiàng)技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)體。隨著對(duì)先進(jìn)的人類科學(xué)和工程的研究發(fā)展，早稻田大學(xué)在1995年和1997年已經(jīng)發(fā)展出了以Hadaly-1和Hadaly-2為原型的移動(dòng)人形機(jī)器人。Hadaly-1能夠結(jié)合視聽信息實(shí)現(xiàn)與人類的信息互動(dòng)，聲音對(duì)話，使用機(jī)械手并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)轉(zhuǎn)換。隨著Hadaly-1物理交互作用能力的改進(jìn)，Hadaly-2可以攜帶起滿足經(jīng)營者需求的物品。溫迪，開發(fā)于1998年，具有物理擴(kuò)展能力，能夠?qū)崿F(xiàn)信息和心理互動(dòng)，并且可以在人類的生活空間進(jìn)行日常工作。溫迪最基本的特性的是服從性、敏捷性和靈活性，那是因?yàn)樵擃悪C(jī)器人必須確保主人的安全。不但要行動(dòng)敏捷，而且要有很好的流動(dòng)性，使得仿人形機(jī)器人能在人類的日常環(huán)境與人類很好地合作。

5 結(jié)語

服務(wù)機(jī)器人將快速進(jìn)入家庭，它們的主要通用技術(shù)深刻影響產(chǎn)業(yè)上門服務(wù)機(jī)器人的快速發(fā)展需求，并能進(jìn)一步促進(jìn)行業(yè)之發(fā)展家政服務(wù)機(jī)器人。服務(wù)機(jī)器人的開發(fā)研究取得了舉世矚目的成果，未來智能機(jī)器人技術(shù)將沿著自主性、智能通信和適應(yīng)性三個(gè)方向發(fā)展。日本專家對(duì)服務(wù)機(jī)器人技術(shù)的預(yù)測(cè)：

2013年，智能系統(tǒng)的發(fā)展能夠?qū)⒃谂c流程、技能、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的人類決策方面幫助人類作出決定。

2014年，在人機(jī)界面的實(shí)際使用中，設(shè)置在人機(jī)界面中帶有對(duì)話與理解功能的虛擬用戶，可通過與人類的對(duì)話幫助信息處理、設(shè)備執(zhí)行任務(wù)或程序。

2023年，隨著與生物體隔膜相似功能的人工載的發(fā)展，人腦可以通過計(jì)算機(jī)控制電機(jī)的技術(shù)使得對(duì)假裝進(jìn)行直接和自主控制而不依賴于脊柱或周圍神經(jīng)系統(tǒng)。

2027年，隨著具有視覺功能、聽覺功能、能執(zhí)行其他感官功能智能機(jī)器人的發(fā)展，機(jī)器人將類似于人類，能夠思考、做出行動(dòng)和采取行動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳振華，陳六月.機(jī)械設(shè)計(jì)雜志[J].2010，7.

[2]徐方，張希偉.我國家庭服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2009.

[3]于忠海.共性技術(shù)上門服務(wù)機(jī)器人.應(yīng)用力學(xué)與材料[J]，2011，10.

[4]沈惠平.服務(wù)機(jī)器人的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì).技術(shù)資料，2009，6.