服务型机器人技术应用现状与前景

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1、服务型机机器人技技术应用现状状与前景景课程名称称：机器器人技术术任课老师师：张燕燕学院：园园艺园林林学院专业：园园艺（花花卉与景景观设计计方向）班级：009级（11）班姓名：熊熊天智学号：2200990200331100224服务型机机器人技技术应用用现状与与前景（海南大大学园艺艺园林学学院 熊熊天智）摘要：现现代机器器人的诞诞生标志志着人类类对于智智能机器器的梦想想开始变变成现实实，这对对人类社社会来说说是一场场革命。现现在，各各种类型型的机器器人正逐逐渐进入入人们的的生产和和生活，对对人类社社会产生生着日益益重大的的影响。服服务型机机器人是是作为机机器人类类型中最最为实用用而最贴贴近生活活

2、的存在在，作为为服务型型的机器器人有室室内办公公环境服服务型机机器人、娱娱乐场所所服务型型机器人人、家用用服务型型机器人人等。今今后的发发展与应应用前景景大好、潜潜力巨大大。关键词：服务型型机器人人 技术术 应用用 发展展前景Appllicaatioon SSituuatiion andd Prrosppectts oof SServvicee Roboot TTechhnollogyy(Haiinann Unniveersiity Horrticcultturee annd LLanddscaape Colllegge, Xioong Tiaanzhhi)Absttracct:TThe bi

3、rrth of moddernn roobott iss thhe mmarkk thhat shoowstthe dreeam of inttellligeent macchinne bbecaamess a reaalitty, forr thhe hhumaan ssociietyy, wwhicch iis aa reevollutiion. Noow, alll tyypess off roobotts aare graaduaallyy puut iintoo peeoplless prroduuctiion andd liife, innfluuenccingg thhe hhu

4、maan ssociietyy too ssignnifiicanntlyy. AA huumannoidd roobott iss thhe mmostt prractticaal ffor robbot typpe aand cloosesst tto tthe exiisteencee off liife. Ass a serrvicce rroboots, thheree arresoome kinnds, inncluudinng tthe inddoorr offficce eenviironnmennt sservvicee roobott, eenteertaainmmentt

5、 servvicee roobott, aand houusehholdd seerviice robbot, ettc. In thee fuuturre,thee seerviice robbot shoouldd haave a ggreaat ddeveeloppmennt aand apppliccatiion.Key worrds: Humaanoiid rroboot TeechnnoloogyAAppllicaatioonDeveeloppmennt20066 年 8 月月 3 日，我我国首台台参考国国内众多多美女的的长相合合成的智智能“美女机机器人”亮相。根根据指挥挥员的口口

6、令，“美女机器人人”不仅能能完成简简单的前前进、后后退等动动作，还还可以跟跟人聊天天讲笑话话，可以以在家中中用摄像像系统识识别坏人人。“在家里里，机器器人将会会教孩子子们学英英语，给给父母传传送信息息，当人人们疲倦倦时，它它还能即即兴表演演歌舞提提神；在在公共场场所，它它们可以以充当邮邮局的服服务人员员，可以以负责安安全巡逻逻，还能能搜寻闯闯入者的的踪迹并并把他们们的图像像传送到到监视中中心。”韩国专专家介绍绍说。据据韩国媒媒体报道道，韩国国计划在在 20013 年进入入全球机机器人技技术前三三强，到到 20020 年实现现家家户户户都有有机器人人。目前前，韩国国正在进进行 220077 年网

7、网络智能能机器人人大规模模生产前前的准备备。韩国国政府希希望，就就像上世世纪 880 年年代半导导体一跃跃成为高高科技主主力军一一样，家家用机器器人将是是本世纪纪初韩国国高科技技的领军军产业。美美国加州州大学资资深教授授、机器器人专家家伍德约翰教教授在其其专著机机器人产产业的未未来中中指出，对对未来影影响最大大的 44 项技技术是：生物技技术、纳纳米技术术、巨型型计算机机技术和和智能机机器人技技术。他他认为，日日本长期期以来将将机器人人作为一一个战略略产业，并并给予大大力支持持，这是是政府决决策的巨巨大成功功，使日日本在汽汽车、电电子、机机械、工工程等方方面处于于世界领领先地位位获得了了可靠的

8、的物质技技术基础础。越来来越多的的国家将将机器人人视为信信息时代代的“宠儿”，甚至至认为机机器人产产业可能能会像汽汽车产业业一样，成成为国家家重要的的经济支支柱。在这种战战略思想想驱使下下，机器器人市场场日益成成为人们们开拓的的重要目目标。目前，世世界上至至少有 48 个国家家在发展展机器人人，其中中 255 个国国家已涉涉足服务务型机器器人开发发。在日日本、北北美和欧欧洲，迄迄今已有有 7 种类型型计 440 余余款服务务型机器器人进入入实验和和半商业业化应用用。日本本是世界界上发展展服务型型机器人人最早的的国家，目目前已有有 100 多种种服务型型机器人人问世。去去年 99月，开开始向市市

9、场推出出一种可可以识别别 1 万个单单词的智智能机器器人，可可以为主主人充当当“家庭保保姆”，这将将是市场场上首次次出售用用于家庭庭生活的的可以与与人交流流的智能能机器人人，表明明日本家家庭将迎迎来机器器人保姆姆时代1。 现代机机器人的的诞生标标志着人人类对于于智能机机器的梦梦想开始始变成现现实，这这对人类类社会来来说是一一场革命命。现在在，各种种类型的的机器人人正逐渐渐进入人人们的生生产和生生活，对对人类社社会产生生着日益益重大的的影响。近近50年年来，机机器人的的发展突突飞猛进进，大致致经历了了三个发发展阶段段：第一一代是属属于示教教再现型型的简单单个体机机器人；第二代代为具备备初步感感觉

10、和协协调能力力的群体体劳动机机器人；第三代代为具有有感知能能力和独独立判断断、行动动能力的的智能机机器人。前前两类机机器人的的活动范范围往往往局限在在工厂生生产线和和特殊工工作场合合，如矿矿山、核核反应堆堆、海底底等。而而智能机机器人则则更广泛泛地服务于人人们生产产和生活活的各个个方面，比比如办公公室的助助手机器器人，博博物馆的的导游机机器人，医医院的护护理机器器人，用用于监视视和安全全防卫的的机器人人，水下下勘测机机器人，排排雷除弹弹机器人人等等。有有第三代代机器人人之称的的智能服服务型机机器人是是当今机机器人学学科发展展的重要要方向2。服务型机机器人是是作为机机器人类类型中最最为实用用而最

11、贴贴近生活活的存在在，目前前世界服服务机器器人的发发展速度度飞快，技技术更新新迅猛。以以下为几几种服务务型机器器人的发发展现状状：1. 室内办公公环境服服务机器器人 为了适适用于办办公室等等室内场场所的履履带式服服务机器器人平台台，提高高自主移移动机器器人控制制系统的的性能，选选用高性性能微处处理器 ARMM9 系系列的 SS3C224100 处理理器作为为移动机机器人的的控制中中心， 并在嵌嵌入式 Linnux 系466统下实实现机器器人的控控制。 系统引引入了多多种环境境感知器器件，采采用模糊糊逻辑实实现准确确的运动动路线控控制。该该自主服服务机器器人由中中央控制制器、感感知子系系统、驱驱

12、动子系系统、 电源系系统组成成。 整整体尺寸寸 4220mmm4000mm84mmm。 在移动动机器人人设计过过程中，采采用模块块化设计计，不同同功能结结构分别别进行设设计，各各模块之之间连接接采用最最优方式式。机器人中中央控制制器采用用 ARRM9 系列的的 S33C24410处处理器，具具有高性性能、低低功耗、接接口丰富富和体积积小等优优良特性性，适合合服务机机器人系系统使用用。红外外模块选选用 DDC122V 四四路红外外遥控收收发器，该该收发器器有四组组，共十十二个接接口。 当按动动红外发发射器，有有信号输输入时，输输出口输输出常开开口接入入的电压压。该发发射器性性能稳定定，使用用简单

13、。电电机驱动动采用 L2998N 芯片，LL2988N 具具有体积积小、操操作电压压范围大大、抗干干扰能力力强、配配备了散散热片、输输出电流流大等性性能，并并且可以以同时驱驱动两台台电机。可可通过改改变 PPWM 波形的的占空比比控制电电机转速速， 还还可控制制电机转转向。光光电编码码器的输输出是两两路相位位不同的的脉冲信信号，据据此可判判断电机机的转动动方向。超超声测距距模块结结构简单单， 体体积小， 检测距距离为110ccm55000cmm（精确确到 mmm）。 在测距距范围、精精度及功功耗方面面符合要要求。 出于对对移动机机器人工工作环境境的分析析， 采采用将三三个超声声模块放放置在移移

14、动机器器人本体体的前部部，且两两两夹角角均为 45，避免免了超声声模块之之间的相相互干扰扰。机械械结构设设计机器器人平台台由电动动机、减减速箱、驱驱动器和和光电编编码器组组成。 两台电电机分别别驱动左左右轮为为机器人人提供动动力，驱驱动器对对电机的的转速和和转向进进行控制制，并通通过光电电编码器器对电机机的转速速和位置置的反馈馈进行不不断地调调整，它它们共同同组成一一个闭环环系统。基基于机器器人尺寸寸、重量量和功耗耗等各方方面的考考虑，机机器人采采用双电电机的差差动驱动动方式。 电机为为恒定励励磁磁通通的空心心杯直流流减速电电机。 电机部部分还包包括减速速齿轮箱箱， 用用来降低低输出的的转速，

15、 同时增增大输出出力矩。电电机的另另一端连连有光电电编码器器，实时时进行位位置和速速度的检检测。系系统选用用容量为为 40Ahh 的铅铅酸（LLEADDACCID）66V 可可充电电电池，能能够连续续使用超超过 88 小时时。 考考虑到电电机的正正常工作作电压为为 122V，使使用 22 节上上述电池池串联直直接给电电机供电电。 另另接出两两路通过过 LMM25775 转转换成 5V恒恒定电压压分别为为驱动芯芯片 LL2988N 和和 ARRM 板板供电。该该机器人人采用了了履带差差动转向向方式。 履带式式具有支支撑面积积大、接接地比压压小、运运动平稳稳、不易易倾倒、不不易打滑滑、牵引引附着性

16、性能好等等优点。每每条履带带由单个个驱动轮轮驱动，通通过分别别控制左左、右履履带的速速度完成成各种基基本动作作。车轮轮为铝制制齿形轮轮，并将将车轮适适度镂空空以减轻轻重量3。通过传感感器来感感知外部部环境获获得环境境信息，采采用模糊糊逻辑的的方法对对机器人人进行运运动控制制，再通通过无线线通信模模块实现现导航控控制，更更好地满满足了控控制系统统的要求求。这种种方案针针对室内内自主服服务型机机器人在在成本和和性能上上做到了了较好的的折中，包包括嵌入入式平台台的选择择、功能能模块的的选择以以及硬件件平台的的搭建。 因而依依靠简单单的结构构设计，经经济的器器件而拥拥有低廉廉的价格格，同时时具有良良好

17、的性性能和广广阔前景景。2. 家用服务务型机器器人家用机器器人是现现在最前前端的研研究方向向，致力力于解决决人类生生活中的的困难而而研发的的家用机机器人定定能为人人类分忧忧。近年来，以以机器人人技术为为代表的的现代工工业技术术已经发发展到了了“无人车车间”、“无人工工厂”的水平平，然而而随着人人们生活活水平的的提高，一一种用机机器人代代替人类类从事各各种繁的的家务劳劳动的需需求也随随之产生生。正是是基于此此，家庭庭服务型型机器人人开始成成为焦点点，各种种各样的的服务型型机器人人也应运运而生。清清洁机器器人是服服务型机机器人的的一种。在在西方发发达国家家，对办办公室、工工厂等场场所，已已经开始始

18、由清洁洁机器人人来代替替人完成成各种清清洁任务务。随着着科学技技术的发发展与人人类文明明的提升升，人类希希望摆脱脱家务劳劳动的繁繁琐，一一旦清洁洁机器人人的价格格达到人人们的心心理承受受能力以以下，那那么清洁洁机器人人进入家家庭的前前景将被被非常看看好。在日本，东东日本铁铁路公司司、shhinkko 电电器公司司和 HHowaa 工业业有限公公司联合合研制了了车站地地面清扫扫机器人人，机器器人可沿沿墙壁从从任何一一个位置置自动启启动，利利用不断断旋转的的刷子将将废弃物物扫入自自带容器器中。日日本静甲甲株式会会社的清清水工厂厂开发出出一种自自动清扫扫机器人人，可用用于各种种工厂的的清扫工工作，机

19、机器人采采用光纤纤陀螺控控制方向向，采用用编码器器和超声声波传感感器测距距，采用用光学探探测器探探测障碍碍物；机机器人的的四周装装有橡胶胶垫，橡橡胶垫内内部装有有触觉传传感器，一一旦机器器人与人人接触，触触觉传感感器信号号会使机机器人停停下来，以以保证人人的安全全。这些些应用还还都是用用于工业业或者公公共的场场合，真真正具有有里程碑碑意义的的是 220022 年 9 月月清洁机机器人“Rooombaa”在美国国面市，这这是一款款面向家家庭的机机器人。重重约2kkg，直直径为 7622mm (300)，具具有高度度自主能能力，可可以游走走于房间间各家具具缝隙间间，灵巧巧地完成成清扫工工作，据据说

20、这是是将用于于军事的的“躲避地地雷的移移动技术术”应用到到了吸尘尘器上。“Roomba”的动作有点迟缓，但却能稳定、安全地完成任务。由于能够在完成任务后自动切断电源，所以可以在外出期间让“Roomba”在家进行清扫。英国、法国和澳大利亚也都推出过清洁机器人产品。在国内，对清洁机器人相关技术如机器感知、机器人导航和定位与路径规划、机器人控制、电源与电源管理、动力驱动等技术的研究，哈尔滨工业大学、华南理工大学、上海交通大学等高校，也对清洁机器人进行了大量的研究，并取得了一些成果。这些都为清洁机器人的研究开发和推广奠定了物质和技术基础。为了制作一个能够覆盖全区域的清洁机器人，首先是设计一个移动的平台

21、。为了简便起见，设计了 4 轮车身，其中两个前轮做主动轮，两个后轮做从动轮。主动轮用两个直流电机，从动轮用两个万向轮。吸尘装置用一个直流电机带动一个离心式风机产生负压达到吸尘的目的。在车身后部放置一个储存垃圾的箱体，此箱体带有一个用伺服电机控制的门，当垃圾装满后，可排放到指定的地点。在车身的最后还设计了一个抹地机械手，进一步达到清洁的目的4。还有一种种新开发发的音控控家用吸吸尘机器器人也是是比较尖尖端的研研究成果果。智能能吸尘机机器人能能将移动动机器人人技术和和吸尘器器技术有有机地融融合起来来,实现现家庭、宾宾馆及写写字楼等等室内环环境的半半自动或或全自动动清洁。吸吸尘机器器人作为为智能移移动

22、机器器人实用用化发展展的先行行者,因因此具有有广泛的的市场前前景,近近年来已已受到国国内外的的重视,成为服服务机器器人的一一个新的的研究方方向。其其研究开开始于220世纪纪80年年代,到到目前为为止,已已经产生生了一些些概念样样机和产产品。本本文从实实用化、低低成本出出发,研研制实现现了一种种基于SSPCEE0611A单片片机控制制的音控控家用吸吸尘机器器人。其其独特之之处在于于利用信信号处理理技术,通过语语音信号号对吸尘尘机器人人实施智智能控制制。本家家用吸尘尘机器人人通过语语音命令令控制吸吸尘机器器人小车车前进、后后退、左左转、右右转等运运动动作作,以及及吸尘器器的工作作状态。音音频信号号

23、由特定定语音发发出,经过无线线话筒输输入,通通过吸尘尘机器人人小车上上的无线线信号接接收器将将语音信信号直接接转化为为数字信信号,经经过编码码后存入入存储器器中,语语音数字字信号编编码与存存储器中中的语音音函数库库中的原原有数字字信号编编码相匹匹配,通通过一定定的音频频处理算算法进行行模式识识别。如如果成功功,则进进行相应应命令操操作;识识别失败败,则等等待语音音命令再再次输入入。同时时,音控控家用吸吸尘机器器人利用用了超声声波测距距的原理理,通过过以单片片机为核核心的控控制器在在运行中中实现对对超声发发射和接接收的选选通控制制,并在在处理返返回脉冲冲信号的的基础上上对障碍碍物进行行判断,选定

24、相相应的行行走控制制策略。机机器人在在移动过过程中,由其自自身携带带的小型型吸尘部部件,对对经过的的地面进进行必要要的吸尘尘清扫。设计完成成的音控控家用吸吸尘机器器人经过过反复测测试,无无线语音音通信传传输有效效范围是是小于220米的的无障碍碍区域,在有效效的范围围内能准准确对家家用吸尘尘机器人人进行控控制。从从发出语语音指令令到执行行该指令令的延时时小于1100mms,识识别正确确率大于于95%。吸尘尘机器人人在运动动过程中中可以实实时响应应语音控控制命令令,并且且可以连连续进行行前进、后后退、左左转、右右转等以以及开始始或停止止吸尘等等操作。同同时,音音控家用用吸尘机机器人能能较好地地自动

25、躲躲避障碍碍物,完完成在房房间里的的行走以以及对地地面吸尘尘等功能能,适应应于障碍碍物较少少的普通通房间内内作业。音音控家用用吸尘机机器人不不但在学学术研究究上有很很高的价价值,而而且市场场前景也也十分开开阔。本本音控家家用吸尘尘机器人人的各独独立模块块也可以以应用到到其他的的仪器,如音控控玩具车车、真实实汽车的的声控系系统等场场合55。3. 娱乐服务务型机器器人娱乐机器器人就是是通过对对一般的的机器人人进行一一些拟人人化的外外形改造造及硬件件设计,同时引引入相关关的娱乐乐形式进进行软件件开发而而得到的的一种用用途广泛泛、老少少皆宜的的服务型型机器人人。专家家指出,在未来来2050年年的时间间

26、内,机机器人将将逐步走走入人们们的日常常生活,随着人人们生活活水平和和娱乐追追求的提提高,娱娱乐机器器人的需需求量越越来越大大,尤其其是玩具具机器人人,目前前已成为为诸多生生产厂家家追逐的的热点。娱娱乐机器器人在多多机器人人系统中中的应用用将是一一种必然然趋势。当当前,娱娱乐机器器人的开开发主要要集中在在人机互互动方面面,而在在多机器器人系统统中的应应用还很很少涉及及。该设设计面向向多机器器人系统统中的娱娱乐机器器人控制制系统进进行研究究,该控控制系统统在完成成其自身身娱乐功功能的同同时,还还满足其其在多机机器人系系统应用用中信息息交互的的需求。设设计中的的娱乐机机器人控控制系统统实现了了娱乐

27、机机器人运运动控制制功能和和自定位位功能,并采用用蓝牙技技术构建建了Add-Hooc网络络6-7,建立适适合多机机器人系系统的无无线通信信网络8。娱娱乐的服服务多种种多样，比比如在KKTV，在在舞厅，在在酒吧，在在各种娱娱乐场所所都是可可以引入入机器人人的先进进技术的的。以上诸种种服务型型机器人人是目前前世界顶顶尖的技技术，也也是未来来机器人人发展的的方向指指向，当当我们的的生活已已经被自自己所造造的机器器人代劳劳的时候候，人类类又是如如何的心心态呢。是是一种颓颓废的接接受并完完全依赖赖，还是是将其应应用的很很到位，不不会影响响正常的的生活安安排呢。或或许答案案还需要要等到那那一天才才知道。当

28、当然我相相信那一一天并不不远了。参考文献献：1刘刘林森.服务型型机器人人将于220155年大普普及NN.中中国计算算机报，220066,9.11：A344.2魏魏育成.智能服服务型机机器人的的视觉人人机交互互与导航航D.中国国科学院院自动化化研究所所，20004.3侴侴维超，卢卢翔，于于凯妍，刘刘潇潇，陈陈守良.室内场场所自主主服务型型机器人人系统实实现JJ.计计算机应应用,220099（9）：46-49.4王王程明，盛定高.基于 MC68HC11 单片机的多功能清洁机器人设计J.装备制造技术，2008（12）：93-94.5沈沈立,周周四春,杨伟涛涛.音控控家用吸吸尘机器器人的实实现JJ.电

29、电子器件件，20006（99）299,3：8988-9001.6SS Baasaggn,ii C Perreiool.ii Muultiihopp Sccattternnet Forrmattionn foorBlluettootth NNetwworkksCC. Taiipeii Taaiwaan: IEEEE VVehiicullarTTechhnollogyy Coonfeerennce, 20002: 4224-4428.7HHasbbulllah, S Sullaimman,AM Saiid.TTraffficc annalyysiss foor QQoSpprovvisiioniing in Bluuetooothh add hooc nnetwworkkC.Auustrralaasiaan.TTeleecommmunnicaatioonNeetwoorkssanddApppliccatiionssConnferrencce,220077: 1129-1333.8曹曹洁，白白俊利.多机器器人系统统中娱乐乐机器人人控制系系统的设设计JJ.工工业仪表表与自动动化装置置，20010（33）：661-663.