國內(nèi)近幾年服務(wù)機(jī)器人發(fā)展趨勢研究

（寧波大紅鷹學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院，浙江 寧波 315100）

【摘要】：國內(nèi)服務(wù)機(jī)器人技術(shù)經(jīng)過進(jìn)30年的發(fā)展，在機(jī)械、信息、材料、控制、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉方面取得了重要成果，尤其是近幾年，服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展速度很快，出現(xiàn)了許多種類的人工智能機(jī)器人，應(yīng)用非常廣泛，在一定程度上提高了人們的生活質(zhì)量。本文依據(jù)近幾年國內(nèi)不同類型服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展，結(jié)合國內(nèi)人員對先進(jìn)服務(wù)機(jī)器人的研究，對近期國內(nèi)服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展做簡要綜述，并概要展望其發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】：服務(wù)機(jī)器人；多學(xué)科交叉；人工智能

機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步與應(yīng)用是二十世紀(jì)自動(dòng)控制最有說服力的成就，是當(dāng)代最高意義的自動(dòng)化，尤其在當(dāng)今的工業(yè)制造中，機(jī)器人學(xué)已取得了最偉大的成功。進(jìn)入二十一世紀(jì)，人們已經(jīng)愈來愈親身地感受到機(jī)器人深入生產(chǎn)、生活和社會(huì)的堅(jiān)實(shí)步伐。一方面隨著各個(gè)國家老齡化越來越嚴(yán)重，更多的老人需要照顧，社會(huì)保障和服務(wù)的需求也更加緊迫，老齡化的家庭結(jié)構(gòu)必然使更多的年青家庭壓力增大，而且生活節(jié)奏的加快和工作的壓力，也使得年輕人沒有更多時(shí)間陪伴自己的孩子，隨之醞釀而生的將是廣大的家庭服務(wù)機(jī)器人市場。另一方面服務(wù)機(jī)器人將更加廣泛地代替人從事各種生產(chǎn)作業(yè)，使人類從繁重的、重復(fù)單調(diào)的、有害健康和危險(xiǎn)的生產(chǎn)作業(yè)中解放出來。本文對服務(wù)機(jī)器人技術(shù)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用及其未來發(fā)展進(jìn)行了綜述。以下為幾種服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r：

（一）水下機(jī)器人

水下機(jī)器人也稱作無人水下潛水器，它并不是人們通常想象的具有人類形狀的機(jī)器，而是一種可以在水下代替人完成某種任務(wù)的裝置。

智能水下機(jī)器人需要適應(yīng)復(fù)雜的海洋環(huán)境，其載體不僅要有耐壓、水密和承受負(fù)載的能力，而且需要有低阻力，高推進(jìn)的效率和實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)動(dòng)能力。另外，十分有限的空間，需配置不同性能的多種傳感器以滿足環(huán)境探測、目標(biāo)識別、自主航行和自主完成任務(wù)的需要。這些設(shè)備的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)要確保系統(tǒng)的信息流和控制流的正常工作，所以系統(tǒng)各個(gè)部分的電磁兼容和可靠性就顯得十分重要。由于海洋環(huán)境復(fù)雜，獲取水下目標(biāo)信息的手段十分有限，聲探測距離遠(yuǎn)，所以是目前的主要手段，但對于依靠圖像的目標(biāo)識別仍有難度。根據(jù)水聲專家的預(yù)測，依靠反射特性可能是解決識別的正確途徑[1]。另外，激光成像具有微光成像的特點(diǎn)，距離又增加，是一種比較理想的手段，然而要滿足對水下目標(biāo)識別的要求，仍有不少技術(shù)難關(guān)需攻破?，F(xiàn)有的水下機(jī)器人多采用傳統(tǒng)的鉛酸電池、銀鋅電池、鋰離子電池。目前，國際上大力發(fā)展新型能源主要有水下蓄熱式熱電直接轉(zhuǎn)換電池，水下質(zhì)子交換膜燃料電池，水下鋁氧燃料電池等，其中蓄熱式熱電直接交換電池最適合水下機(jī)器人使用。

由于只能水下機(jī)器人在海洋研究和開發(fā)中具有遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景，在未來的水下信息獲取，深水資源開發(fā)等都在廣泛的應(yīng)用[2]。因此水下機(jī)器人技術(shù)對世界各國來說都是一個(gè)重要的，值得積極開發(fā)的領(lǐng)域。

（二）醫(yī)用機(jī)器人

醫(yī)用機(jī)器人是機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、數(shù)字圖像處理技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和醫(yī)療外科技術(shù)的結(jié)合，用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人輔助外科手術(shù)、康復(fù)醫(yī)療和醫(yī)院服務(wù)等。

醫(yī)用機(jī)器人是目前國內(nèi)外機(jī)器人研究領(lǐng)域中最活躍、投資最多的方向之一，其發(fā)展前景非常好，美、法、德、意、日等國家學(xué)術(shù)界對此給予了極大關(guān)注，研究工作蓬勃發(fā)展。從二十世紀(jì)九十年代起，國際先進(jìn)機(jī)器人計(jì)劃（IARP）已召開過多屆醫(yī)用機(jī)器人研討會(huì)， 美國國防部高等研究計(jì)劃局（DARPA）立項(xiàng)開展基于遙控操作機(jī)器人的研究，用于戰(zhàn)傷模擬手術(shù)、手術(shù)培訓(xùn)、解剖教學(xué)。歐盟、法國國家科學(xué)研究中心也將機(jī)器人輔助外科手術(shù)及虛擬外科手術(shù)仿真系統(tǒng)作為重點(diǎn)研究發(fā)展的項(xiàng)目之一。

中國人口眾多，隨著人們生活水平的提高和人口老齡化進(jìn)程的加劇，我國正在成為高新技術(shù)醫(yī)療器械生產(chǎn)和使用大國，然而由于中國相關(guān)科技研究落后，醫(yī)用機(jī)器人大量依賴進(jìn)口，從而造成醫(yī)療費(fèi)用增長，加重了病人負(fù)擔(dān)。目前，醫(yī)用機(jī)器人的研制主要集中在微創(chuàng)外科手術(shù)、康復(fù)和服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)等幾個(gè)方面。

由于機(jī)器人在定位的準(zhǔn)確性和可靠性方面的優(yōu)勢，醫(yī)用機(jī)器人已經(jīng)被廣泛的用于外科手術(shù)，并取得了很好的臨床效果。但是由于一些原因，尤其是心理和其 它非技術(shù)原因，醫(yī)用機(jī)器人仍有很長的路要走。隨著科技的發(fā)展，醫(yī)用機(jī)器人將涵蓋包括外科手術(shù)、助殘、醫(yī)院看護(hù)、康復(fù)、醫(yī)院服務(wù)等方面。

（三）家庭機(jī)器人

家庭服務(wù)機(jī)器人的出現(xiàn)減輕了家庭主婦的負(fù)擔(dān)，讓人們有更多的精力投入到工作。

我國在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域的研發(fā)與日本、美國等國家相比起步較晚[3]。1995年清華大學(xué)開發(fā)了一個(gè)七自由度移動(dòng)式護(hù)理機(jī)器人，以高位截肢人員作為護(hù)理對象，目標(biāo)是在無人看護(hù)的情況下替患者完成取藥、送水翻書等工作。近年來，在國家863計(jì)劃的支持下，我國在服務(wù)機(jī)器人研究和產(chǎn)品研發(fā)方面已開展了大量工作，并取得了一定的成績，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的導(dǎo)游機(jī)器人、迎賓機(jī)器人、清掃機(jī)器人等[4]；華南理工大學(xué)研制的機(jī)器人護(hù)理床；中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所研制的智能輪椅等。

我國服務(wù)機(jī)器人市場從2005年前后才開始初具規(guī)模。目前，我國的家用服務(wù)機(jī)器人主要有吸塵器機(jī)器人、保安機(jī)器人。智能輪椅機(jī)器人、智能穿戴機(jī)器人、智能玩具機(jī)器人。

盡管家用機(jī)器人前景光明，但目前階段仍然受到技術(shù)的限制，如激光技術(shù)計(jì)算距離，使用雷達(dá)技術(shù)保持平衡，使用紅外線攝像技術(shù)探測熱能識別人的存在等。

小結(jié)

綜上所述，盡管中國對服務(wù)機(jī)器人的研究起步很晚，但國家對此非常重視，花費(fèi)了大量人力物力，團(tuán)結(jié)了近千人的研究團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建了一批高水平的研究開發(fā)基地，為我國機(jī)器人技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。目前我國服務(wù)機(jī)器人研究技術(shù)已跨入世界先進(jìn)行列，但與日本、美國等國家相比還是有差距的，我國的科技工作者正在努力向前。由此得出，中國服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)入高速發(fā)展階段，在不久的將來能與日本、美國等并駕齊驅(qū)，能夠更好地改善人們的生活。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐玉如，李彭超.水下機(jī)器人發(fā)展趨勢[J].2011（3）.

[2]徐玉如，蘇玉民.關(guān)于發(fā)展只能水下機(jī)器人技術(shù)的思考[J].2008（4）.

[3]徐方；張希偉；杜振軍.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[R].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用， 第2期

[4]吳愛燕；崔雪煒.家庭機(jī)器人的研究進(jìn)展[J].唐山學(xué)院學(xué)報(bào)，第22卷第3期