自動(dòng)跟隨服務(wù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究

連幸

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展、科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，人民生活水平也得到了明顯的提升。與此同時(shí)，生活的節(jié)奏越來(lái)越快，年輕人的生活壓力越來(lái)越大，在快節(jié)奏、高壓強(qiáng)的生活模式下，很多時(shí)候我們需要放松，于是服務(wù)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。目前在社會(huì)的很多領(lǐng)域，例如醫(yī)療、工業(yè)、公共服務(wù)等，都會(huì)用到服務(wù)機(jī)器人。家用服務(wù)機(jī)器人是服務(wù)機(jī)器人的一種，能夠代替主人完成家庭服務(wù)工作。自動(dòng)跟隨服務(wù)機(jī)器人，是一款在家用服務(wù)機(jī)器人的基礎(chǔ)上，增加了自動(dòng)跟隨功能的服務(wù)機(jī)器人，可以在主人回到家的時(shí)候，幫助主人打掃衛(wèi)生、洗衣服，為主人端茶送水;在主人帶著它一起出去的時(shí)候，自動(dòng)跟隨主人，為主人提供拎包、提行李、撐傘等服務(wù)。本文對(duì)服務(wù)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并以此為背景，對(duì)自動(dòng)跟隨服務(wù)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了探討。

一、服務(wù)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀

調(diào)查顯示，目前世界上有25個(gè)國(guó)家涉足服務(wù)機(jī)器人的研究，迄今已有7種類型40余款服務(wù)型機(jī)器人進(jìn)入實(shí)驗(yàn)和半商業(yè)化應(yīng)用。我國(guó)關(guān)于服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展研究起步晚，改革開(kāi)放以后，在國(guó)家各種政策的支持下，我國(guó)的機(jī)器人發(fā)展迅速。

目前，市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的服務(wù)機(jī)器人有掃地機(jī)器人、戶外清洗機(jī)器人、保姆機(jī)器人、護(hù)士助手等。由此可見(jiàn)，服務(wù)機(jī)器人主要應(yīng)用于家庭服務(wù)、公共服務(wù)還有醫(yī)療行業(yè)。家用服務(wù)機(jī)器人，主要是代替主人完成一些簡(jiǎn)單的家務(wù)，包括打掃衛(wèi)生、清洗衣物等，未來(lái)還有可能實(shí)現(xiàn)照顧老人孩子、照顧寵物、做飯等功能。目前，越來(lái)越多的消費(fèi)者嘗試體驗(yàn)服務(wù)機(jī)器人為生活帶來(lái)的便利，但由于這方面的技術(shù)并不是特別成熟，造成了目前市場(chǎng)上的家用服務(wù)機(jī)器人價(jià)格昂貴，消費(fèi)者對(duì)家用服務(wù)機(jī)器人的性能也不夠信任，這為家用型機(jī)器人的普及帶來(lái)了一定的難度。但近幾年隨著智能家居的不斷發(fā)展，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可將家中的各種家電設(shè)備連接到一起，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家中設(shè)備的控制。通過(guò)智能家居與家用服務(wù)機(jī)器人的有效結(jié)合，可以共同實(shí)現(xiàn)家庭自動(dòng)化。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，家用服務(wù)機(jī)器人慢慢進(jìn)入各個(gè)家庭，是一個(gè)必然的趨勢(shì)。

除了家用服務(wù)機(jī)器人之外，適用于專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)型服務(wù)機(jī)器人，也具有很好的發(fā)展前景。機(jī)器人之父恩格爾伯格研制的護(hù)士助手，被公認(rèn)為是第一個(gè)服務(wù)機(jī)器人。除此之外，還有腦外科機(jī)器人，可以幫助外科大夫做手術(shù)，機(jī)器人做手術(shù)精度更高，手術(shù)更容易成功，也減輕了病人的痛苦。專業(yè)型服務(wù)機(jī)器人可以代替人完成高難度、高風(fēng)險(xiǎn)的工作，隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，專業(yè)型機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域一定會(huì)不斷加大。

二、自動(dòng)跟隨服務(wù)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)探討

（一）功能方面

自動(dòng)跟隨服務(wù)機(jī)器人的功能主要包括兩個(gè)部分，即自動(dòng)跟隨和提供服務(wù)。具體可以提供以下5種服務(wù)：一是洗衣服。該機(jī)器人可以將特定位置的臟衣服放入洗衣機(jī)并啟動(dòng)。這就需要主人將待洗的衣物放在特定的地方，并錄入洗衣機(jī)的產(chǎn)品型號(hào)和指定地方的圖片位置信息，同時(shí)設(shè)定洗衣時(shí)間，機(jī)器人會(huì)在指定時(shí)間將臟衣服放進(jìn)洗衣機(jī)進(jìn)行清洗。二是掃地。此功能需要主人錄入掃地時(shí)間，機(jī)器人在指定的時(shí)間啟動(dòng)與之配套的掃地功能，對(duì)地面衛(wèi)生進(jìn)行清潔。三是與主人交流。機(jī)器人可以與主人進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)話，聯(lián)網(wǎng)后，可以實(shí)現(xiàn)播放音樂(lè)、查詢資料等功能。四是拎包。主人在去商場(chǎng)購(gòu)物、逛街或者要拿很多行李時(shí)，該機(jī)器人可以自動(dòng)跟隨主人，并幫助主人拎包提行李。五是保護(hù)主人。該功能需要主人提前錄入危險(xiǎn)信號(hào)，一句話或者一個(gè)短語(yǔ)，當(dāng)主人說(shuō)出這個(gè)信號(hào)時(shí)，機(jī)器人可以立即發(fā)出警報(bào)，拍照采集信息并報(bào)警。

（二）應(yīng)用方面

自動(dòng)跟隨服務(wù)機(jī)器人比之一般的家用型保姆機(jī)器人，增加了自動(dòng)跟隨主人行走的功能，同時(shí)該功能是否開(kāi)啟由主人決定。本產(chǎn)品主要面向的群體是老人和年輕女性。該機(jī)器人既可以做家務(wù)，也可以拎包提重物，同時(shí)還可以保護(hù)主人，對(duì)于老人還有常年自己居住的單身女性來(lái)說(shuō)，家用服務(wù)機(jī)器人是一個(gè)非常好的選擇。

（三）技術(shù)方面

自動(dòng)跟隨服務(wù)機(jī)器人用到的主要技術(shù)包括：室內(nèi)自主導(dǎo)航技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)、UMB定位原理和PID控制算法。室內(nèi)自主導(dǎo)航技術(shù)通過(guò)錄入家里的環(huán)境，創(chuàng)建地圖同時(shí)結(jié)合定位還有路徑規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。在人機(jī)交互技術(shù)方面，該機(jī)器人主要實(shí)現(xiàn)基于視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的人機(jī)交互方式，對(duì)家中的一些物體進(jìn)行識(shí)別，如洗衣機(jī)、放置臟衣服的收納筐等，還有對(duì)主人話語(yǔ)的識(shí)別，從而作出相應(yīng)的回應(yīng)。UMB定位原理和PID控制算法是用來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動(dòng)跟隨功能的。

三、結(jié)語(yǔ)

服務(wù)機(jī)器人與當(dāng)代人的生活息息相關(guān)，隨著機(jī)器人技術(shù)的高速發(fā)展以及人們消費(fèi)水平的不斷提高，在未來(lái)，服務(wù)機(jī)器人會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。而自動(dòng)跟隨服務(wù)機(jī)器人比之一般的家用型保姆機(jī)器人，使人們不僅可以在家中享受到便利，同時(shí)在出門(mén)時(shí)也為人們帶來(lái)了便利，使人們可以更好地享受生活，具有非常好的發(fā)展前景。

（作者單位：鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院）