服务机器人应用领域

服务机器人应用领域（精选8篇）

服务机器人应用领域 第1篇

20xx年9月的一天，一家酒店马上就要开张了。老板既高兴又发愁。高兴的是自己的事业即将进入一个新的阶段，发愁的是前来应聘的服务员一个也看不上，虽然他们美貌如花，但都太没有新意。一个酒店没有服务员该怎么办呢?这可急坏了老板。

厨房里，厨师们个个摩拳擦掌，却迟迟得不到开工的命令。厨师长奇怪极了，来到办公室找老板。到了办公室，厨师长见老板围着办公桌转了一圈又一圈，便忍不住问：“老板，请问怎么还不开业呀?我们都等不及了，您怎么还在这儿转悠?”

“哎……”老板捶额叹息，“我何尝不急呢?就是没有合适的服务员啊。”

厨师长一听，想了想，笑道：“老板，现在是科技时代，您就不能用机器人吗?机器人外表可爱又能干，不比人好多了?”

老板一听，顿时茅塞顿开，可又转念一想：“机器人要是在工作的时候没有电了怎么办?”“这简单”厨师长一听，说道，“现在的机器人都是靠光能充电，机器人在做动作的时候，其实就是在给自己充电。”

老板一听，彻底放心了，立刻拍板，以每个机器人300000的价钱买了4个。

饭店开张以后，4个机器人吸引了大批大批的客人。饭店天天门庭若市，要来这里吃饭，得提前一个月订座才可享受机器人优质的服务。

看到饭店生意这么好，老板笑得合不拢嘴，感叹道：“科学的力量真是太强大了。”

服务机器人应用领域 第2篇

我们在生活中有许多困难，也有许多烦恼，你是不是想让机器人来帮你呀?是的，现在就有帮你服务的机器人了。

机器人可以随时为你服务，如果你想去什么地方机器人就会变成一辆车或者一架飞机把你送到你想去的地方，到了以后它就会自动给你打开车门，把你安全送达之后再返回去看家，让你出门在外却一点也没有后顾之忧，这种机器人不用给它吃任何东西，它只要舔舔地下的脏东西就会变得精神起来。它会七十二变，一会变成这样，一会变成那样，在你 需要帮助的时候，它会第一时间出现在你面前，假如你家进了小偷，它就会变成一流的警察，把小偷勇敢的驱赶出去。每当你想喝水时，他就会走到饮水机旁，用杯子盛满水，然后把杯子端到你的面前，每当你肚子饿时，它就会走进厨房，用厨具敲起“交响曲”，同时为你端上既营养又美味的饭菜，每当你心情不好时，它就会弹奏出优美的乐曲给你听，每当你想看书时，只要你说出书名，它就会朗诵给你听。机器人还能看透你的.心，分清好人坏人，还能帮你买东西，家长不在家的时候它会把你照顾的无微不至，只要人类能做的事情他都能做。

餐厅服务机器人设计 第3篇

服务型机器人是一种半自主或全自主工作的机器人,它能一定程度上代替人类完成服务工作,因此非常贴近人们的生活。人性化、智能化的餐厅服务机器人具有服务员特有的“人情味”,不仅能代替服务员的工作,还增强了互动性和娱乐性。

服务机器人在技术上已取得了很大进步,但在生活中未能得到普及,主要有以下两方面原因:一是此类机器人价位太高,普通餐厅难以承受;二是餐厅之间的竞争主要是服务的竞争,例如上菜效率高、为消费者考虑周全等,但是大多数机器人缺乏人性化服务。针对这一情况,餐厅服务机器人的发展和应用,还需要在某些功能上加以改进与提升。

1餐厅服务机器人应用现状及功能需求

1999年,第一台餐厅服务机器人Alfred在加拿大诞生,该机器人显示出表情并与客户交流,但其语音识别正确率低,面部表情也不是很自然[1];2006年,香港从美国、加拿大引进了餐厅服务机器人,具有迎客、点菜、跳舞功能,有较好的科技感和互动性;2010年,山东济南开设 了机器人餐厅,引进11台机器人,其可以沿轨道送菜,并可进行舞蹈等表演;2012年,香港第二家机器人餐厅中的服务机器人具有打招呼、炒菜、点菜、送菜、收账、打包剩菜和清洗消毒餐具等 功能,很大程度 上代替了 服务员工 作;2013年,哈尔滨机器 人餐厅的18台机器人 功能更加 全面,包括煮水饺、煮面、炒菜、送餐、传菜、迎宾、收费等[2]。

目前餐厅服务机器人可以在一定程度上代替服务员工作,但其与顾客的互动还不够,且体型较大、价位偏高。结合餐厅服务机器人的市场需求,本文设计餐厅服务机器人的目标是:外观灵巧、娱乐性强、科技感强、人性化服务、可实现与顾客互动、适合推广普及。

2开发流程

开发流程如图1所示。

3硬件设计

3.1结构简介

主要使用Arduino控制板或ARM开发板进 行硬件连接与软件的控制和输出。按钮、音量调节键、表情屏、语音输入输出设备、控制嘴巴闭合的舵机、手臂与腰部旋转的步进电机等均连接于ARM开发板或Arduino控制板。当机器人发出语 音时,ARM开发板发 动舵机使 嘴巴闭合;当机器人打招呼时,手臂可抬起与顾客握手,当其手臂感应到顾客的手时,手臂可前后轻摆。机器人打招呼时腰部可旋转,同时也可以手动旋转其腰部,整体结构如图2所示。

3.2材料选择

帽子和围着头部的部分采用食用性软硅胶,此材料属于环保硅胶的一种,无毒、无气味,弹性好,适用于机器人的装饰[3]。ABS塑胶具有 良好的电 镀性和耐 热性,是头部、身体以及腿部外观材料的最佳选择,可用于制作机器人的“皮肤”。

3.3关键部位机械结构

(1)下颌结构。下颌运动带动嘴唇闭合,因此将下颌绕水平方向的转动简化为嘴巴的4个自由度转动,由双摇杆机构实现。舵机半周转可带动下颌上下转动30°;下颌水平向上10°表示闭合,向下20°表示敞开,张开幅度 为20mm[4],下颌机械结构如图3所示。当机器人发出语音时,Arduino控制板或ARM开发板将带动电机转动,实现“嘴动说话”的功能。

(2)手臂结构。本产品手臂内侧附有负温度系数热敏电阻器,此电阻器对温度敏感,不同温度下表现出不同电阻值,温度越高时电阻值越低。人体手指温度一般为28~37℃[5],在Arduino控制板或ARM开发板中输入一个固定的电阻值,一旦低于此值便启动步进发动机。为预防房间温度整体升高而被误判的情况,将光敏电阻安装在热敏电阻旁边,当光照变亮、电阻变小到一定值后电机将启动,带动手臂前后摇摆(见图4)。

(3)腰部旋转结构。安装一个轴承固定在腰部两旁,腿上安装一个轴承,用轴将两个轴承连接在一起。底部安装电机,步进电动机连接于Arduino控制板或ARM开发板上。因此,当机器人打招呼时启动步进电动机使腰部旋转。另外,腰部也可手动旋转,以便于顾客浏览屏幕内容。

4软件系统设计

使用Java语言进行软件编程,根据顾客使用流程设计了4个模块:点菜、娱乐互动、上菜和其它辅助功能。

4.1点菜

界面首先呈现菜品大类别,当顾客选择大类别后,进入详细菜品,界面右上角有“菜品清单”按钮,点击可查看已点菜品清单;右下角设置“点菜完成”按钮,点击进入“菜品清单”并弹出确认窗口,这时机器人会语音提示菜品数量和价格。对每个菜品呈现其菜名、价格和图片,在每个菜品左下角设置确定按钮,点击后该菜品即加入“菜品清单”;在每格菜品的右下角设置问号,点击后机器人将通过语音对此菜品进行介绍。

4.2娱乐互动

等菜时呈现娱乐互动界面设置“伴奏音乐”、“新闻播报”等功能,可与顾客进行互动。

4.3上菜

右下角有“菜来了”按钮,由服务员点击,点击后进入“菜品清单”,相应菜品被点击后,机器人将语音介绍菜品注意事项。待菜品上完,进入辅助服务,点击“没有纸巾了”、“需要添菜”即可提供相应辅助服务。右下角有“吃完了”按钮,点击后信号输出给服务后台,服务员便来结账收盘。

4.4其它辅助功能

用餐完毕后,界面将显 示“再玩一会”、“周 边逛逛”、“直接走了”3个按钮,若点击“再玩一会”,程序将回到“等菜”的步骤,10分钟后界 面自动弹 回到主界 面,“再玩一会”标签会变暗,不能再次点击;若点击“周边逛逛”,程序进入聊天界面开始语音帮助,顾客可说出目的地,将显示该地地图;若点击“直接走了”,机器人将询问是否需要乘坐出租车,若需要,程序则进入滴滴打车。此外,还可通过语音询问顾客对餐厅的建议,机器人将把顾客的语音录入储存。顾客还可扫描其二维码进行外卖点餐。

5结语

桌面式餐厅服务机器人可以更加人性化地为客户服务,增强科技感,提升用户体验。对于一些大型连锁餐饮店,桌面式餐厅服务机器人后期还可添加数据挖掘功能。通过机器学习自动进行数据分类、估计、预测、分组和聚类,餐厅可掌握不同客户的用餐喜好,提高服务质量。

参考文献

[1]宋章军.机器人的研制与开发[J].先进技术研究通报,2006,28(6):636-641.

[2]李大庆.服务机器人:未来人类新宠[N].科技日报,2007-12-19.

[3]周土芬,林静.硅胶在食品工业中应用现状[J].福建轻纺,2013(10):38-42.

[4]机器人的表情介绍[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/eb1a70f7f61fb7360b4c65da.html.

[5]郑桐,崔世钢,储健.基于远程脑服务机器人本体设计[C].制造业自动化与网络化制造学术交流会论文集,2004.

服务机器人应用领域 第4篇

关键词 实时虚拟咨询 微信机器人 微易asp 树状插件模式

分类号 G252.6 TP242

Application Research of Wechat Robot in Real-time Virtual Reference Service in the Library：Taking Shanghai Minhang District Library as an Example

Min Tengchao

Abstract Real-time reference service which is one of the most timely service for readers is an extremely important part of consulting service. Minhang District library launched the "XiaoMin" WeChat robot on the basis of the further development of WeiYi-ASP exposed code. It can help library staff solve more than 90% problems in real-time consultation. The function of tree plug-in mode can be infinitely extended and it can also easily be installed and unloaded. Using natural language in inter locution will make readers feel more intimacy.

Keywords Real time virtual reference. WeChat robot. WeiYi-ASP. Tree plug-in models.

目前，微信（WeChat）的全球用户数已近8亿[1]。2014年12月21日，利用搜狗微信专门搜索带“图书馆”的微信号共有1152条记录，相比今年上半年《高校图书馆微信应用现状分析与对策研究》的结果[2]，图书馆利用微信号方面已经有了很大的增长。微信是中国腾讯公司开发的特色聊天工具，公众号的应用基本都在国内，因此相关的研究国外反而是空白。同时，笔者在中国知网等著名数据库中也很难搜索到微信机器人虚拟咨询方面的相关论文研究资料。本文就上海市闵行区图书馆（以下简称闵图）在微信机器人虚拟咨询实际应用中的一些尝试，对微信机器人实时虚拟咨询进行分析。

1 微信机器人的服务定位和现状分析

1.1 图书馆界微信机器人定位

闵图作为一家区级公共图书馆，其服务对象通常是大众化阅读为主的群体。读者在微信上的需求往往体现在开放时间、办证退证、书目查询、图书续借、活动预告、活动咨询、活动报名、咨询反馈及最新的资讯。

闵图的定位是以自身图书馆相关的基础业务为主，如开放时间、活动预告、微信报名、微信活动、本馆资讯等，然后以主要业务为骨干，以聊天功能为辅助的一种模式，利用微信公众号进行相关的虚拟即时咨询，服务于读者。由于服务的内容范围比较容易确定，服务对象的服务效果也相对比较容易满足，其微信机器人基本上也能应付自如，读者的满意度自然能得到较好的满足。

通过实践，发现与微信虚拟机器人对话在7句以上者有约20%的比例，且基本能答复相关的提问，无法回答的会自动转成人工咨询，以保证答复的准确率。对于高校图书馆和省市一级图书馆，则需要根据自身条件开发更多相关的咨询答复词条。

1.2 图书馆界微信机器人现状

图书馆界比较有名的是清华大学图书馆的小图聊天机器人，且已经有了微信版（微信号为Thulib），是纯即时对话机器人的一个微信号。由于其早期开发时主要适应的是网页和本地APP，所以对微信的支持还在不断地完善中。其使用分词，在咨询问题时需按照其提供的查询格式方能得到比较准确的回答，如果是用自然语言提问，可能会答非所问。如问：“今天开门吗？”答复是：“你知道我是谁吗？”又问：“你是谁？”答复是：“对不起，本图书馆只对校用户开放”。不过作为图书馆实时虚拟咨询服务之先例还是有很多值得借鉴的地方。其词库总量虽然比较大，但是对于图书馆本身的各类业务，其专业词库反而略显不足。

上海图书馆的微信机器人“图小二”（微信号：shanghailibrary）在名气上显然不及清华小图，但是其强大的整体架构，配合书目查询、活动推荐、自定义菜单、借书提醒、逾期提醒、微信报名和人工咨询等却要更为实用。其也使用了分词，由于聊天词库较少，所以目前对话框主要以查书、人工咨询和活动报名为主，与图书馆的业务更相关。相对清华小图，图小二的专业服务方面的程度要更高一些。

闵图的微信机器人“小敏”，采取了自定义菜单加自然语言咨询的方式构建自己的微信机器人（微信号：mhlibrary）。将书目查询、图书续借直接交给菜单，链接相关的微网站，而将咨询图书馆基本业务和简单聊天交给微信机器人。其不使用分词，是使用人工来判断自然语言积累作为词库，词库已经近10万条记录。其中，分为图书馆业务词库、聊天词库、字典词库、英文单词词库、成语词库、诗歌词库、歇后语词库等。并有找书插件、丢卡查询插件、记事插件、自学插件、成语接龙插件、自动报名登记插件、数学计算插件、随机哲言插件、礼物插件等。采用插件模块等级查询，把最重要的业务问答放在最前端应答，重点突出。采用树状插件模式，理论上可以无限扩展功能，也为今后遗漏补缺做好了准备。同时，闵图采用多关键词对应相关的同一素材的方式，素材可以随时改变，确保了准确率和及时更新等问题。

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目前，拥有微信机器人的各家图书馆在微信虚拟咨询服务中一般采取以上三种模式，其他一般采取的是命令查询的方式。而另外一些则并没有达到微信机器人的标准，只是作为一个定期推送信息的公众号。

1.3 自定义菜单与机器人虚拟咨询的配合

微信认证过后都会有自定义菜单，一共有三大按钮，点击每个按钮后最多可以有五个子菜单，总计十五个菜单，大多数的需求可以用微信这些自定义菜单来解决。根据闵图微信使用的统计结果，其中80%以上的读者需求可以在自定义菜单完成。因此，把最常用的一些功能直接放在自定义菜单不失为明智之举。然后剩下的20%需求基本通过对话框的形式来完成，也就产生了微信机器人虚拟咨询的需求。闵图通过微信机器人的实施，大大提高了实时虚拟咨询的工作效率，增加了与读者的黏合度。

自定义菜单与微信机器人的相互配合，解决了闵图读者绝大部分的需求，答复不了的也会转成人工咨询留言，以确保读者的问题得到满意答案。与此同时，经常观察读者提问并用调试工具测试，及时更新机器人词库，提高良好对话体验。

2 闵图微信机器人的构建与利用

2.1 闵图微信机器人后台构建情况

闵图微信机器人“小敏”是在商业版“微易asp”开放代码的基础上进一步开发而来，通过关键词的设置能够协助图书馆工作人员在实时咨询中完成剩下20%中90%以上的问答。一部分很难回答的问题则会自动转为人工处理。处理结束后，如果再教给微信机器人，则微信机器人又学会一个新问题，慢慢逐步扩展微信机器人的知识库。其最新的咨询如节假日开放时间，最近的活动等则直接与网站动态数据库对接，以获得最新最及时的答复。

微易asp虽然是商业版，但是代码全部开放，完全可以进行二次开发。主体程序采用插件的方式进行扩展，所以理论上可以无限地扩展，且再度开发后可以“插件带插件”的方式进行扩展，也就是可以形成树状结构的插件系统，类似于神经元。

强大的插件模式不但可以无限累加，同时也可以不断地进化，并且在插件中扩展插件的模式可以让更多附加功能不断完善。其中，某些插件可以起到二级对话的目的。例如：当发送“成语接龙”或话中含有“成语接龙”的关键词时，都可以进入成语接龙模式，直到双方中有一方答不了时会自动退出该插件模式。

2.2 采用插件模式，更有利于共享与扩展

闵图的微信机器人后台采用程序插件扩展方式。插件是一种可安装卸载的程序，通过分析需求，可以安装本馆所需要的插件。在原有插件模块里也有开发的实例，可依葫芦画瓢，变成一个新的插件。由于可以安装和卸载，插件的管理非常方便。同时，由于插件可以直接拷贝使用，所以有合作关系的图书馆相互间还可以共享相关具有共性的一些插件。修改插件也非常容易，如差不多的功能，只要修改相关的key值即可使用。例如人脸识别插件，只要把自己申请的key值替换掉相关位置的key值就变成了自己独特的插件。

如果图书馆界能够制定相应的各方面标准，那么不但可以插件共享，其各类词库等也可以共享使用，甚至可以生成一个中心元系统来管理各个分馆之间的神经元插件。

图1 闵图微信机器人后台程序插件扩展方式

2.3 采用自然语言，读者更有亲近感

闵图的微信“小敏”机器人不采用分词，而是采用自然语言。由于读者在提问的时候很少去学习既定对话规则，所以采用自然语言是最让人有亲切感的。当然，采用自然语言也就意味着同样一个问题可能有多种问法。如果遇到一个问题多种问法的情况，可以通过人工方式来判断并加入词库。

首先，我们在后台建一些类似公众号里的单图文素材和多图文素材的答案库，由于是自己开发，可以控制其显示形式，文字、单图文、多图文、带参数的文字或图文等。

当答案库建立后，我们可以采用多关键词的方式把一系列的问题指向同一个答案。如我们可以把开放、时间、开门、关门、几点开、几点关等一系列关键词指向答案库中图书馆开放时间的一个图文信息。一旦需要修改的话，只需要修改答案库相关的答案即可。如果发现有些关键词没有加入，也可以及时补充。

词库或插件的匹配模式有完全匹配、模糊匹配、左匹配、右匹配以及关键词或插件权重，并可以加入内部链接、外部链接、远程对接、远程登录等一系列功能。同时，我们把有关图书馆方面的咨询规则库与纯聊天库分开，以方便管理。

2.4 采用自我学习的插件，让读者参与进来

由于我们已将咨询规则库与纯聊天库分开，所以其中的纯聊天库可以邀请读者一起来参与。参与方式如下：发送“问#知识传播添智慧 答#文化帮教暖人心”。

微信机器人先是在两个库里进行查询是否有重复内容，接着就会收录该问答。由于在会话的程序中记录了读者的微信openid，所以向机器人提问的读者可以实时用智能机测试。

实时测试会让读者更感兴趣，也是让读者有良好参与感的关键。如果该问答通过图书馆工作人员审核后还可以让大家一起分享，从而大大提高了词库量。由于纯聊天词库是从读者中来，所以相对来说也更接地气，而工作人员只须做好审核工作。

有了大量的读者词库，工作人员只要把有关本馆的专业词库做好就可以了。

2.5 及时更新专业词库、增加聊天库词汇，增进与读者的黏合度

在测试清华小图机器人时发现，在发送“放假”关键词时回复的是有关“五一”放假语句。滞后的信息往往会让读者对虚拟咨询的信任感黏合度大大下降。

闵图根据读者实际需求，把词库分成图书馆方面的咨询规则库与纯聊天库。相对来说，纯聊天库的时效性要求较低，读者一般也是抱着尝试的心态去感受的。把有限的馆员资源用在专业词库建设方面上也是分库的初衷。

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在聊天数据库中，馆员也会增加一些相对比较有规律的词条和程序，这些词条答案不一定是唯一的，有可能是随机的;增加了一些实用功能如计算库，让读者在输入加法、减法等运算时直接计算出来;同时程序也使用正规规则简单判断文字是股票、是无聊、是英文、是问时间、问天气等一些话题，并对应相关插件程序应答。

对于不会的专业问题，闵图微信会跳出一个多图文的人工留言咨询，该留言咨询也可以在自定义菜单中点击使用。由于该咨询留言系统采用了微信openid传值，因此可以提供“私人订制”咨询;如果是服务号则可以更加方便地利用微信OAuth2.0的网页授权;并在相同原理的基础上提供馆长信箱，只要发送“馆长信箱”就可以使用，由于只针对提问的读者，所以保证了双方的私密性。

3 闵图微信机器人发展方向

词库对于微信机器人来说是生命的血液。一方面要做好做精专业词库，另一方面在不影响使用体验的情况下，其投入和产出的效能应达到最大化。一味盯着微信对话框来完成一切反而会让某些应用降低体验。所以，今后依然会注重发展一些微信机器人与微网页结合方面的应用插件，同时尽可能地完善聊天词库。

目前，闵图的微信粉丝数已经达到了6000多。在微信猜书、留书等微信活动中，有大量的微信读者参与。因此，我们可以举办一些诸如“与小敏做朋友，教小敏说话”之类的微信活动，通过数量众多的读者群以及上海报、电视台、报纸等各类媒体加大宣传力度以扩展机器人词库，为读者更好体验微信对话添砖加瓦。

在一些比较专业的功能方面，闵图准备突破常规，利用对话的形式来完成续借及书目查询等。目前，已经完成书目查询功能。其不但可以通过点击菜单的书目检索，也可以直接在对话框里输入“找书”，经提示后再输入书名或者作者等关键词就可以查询相关的图书了。

4 结语

微信机器人的实时虚拟咨询，从表面上看工作量基本由机器人来完成，大大减轻了馆员的工作量，而实际最受惠的是读者，读者可以24小时随时随地咨询。另外，馆员可以及时维护和建设相关词条词库，即使是在馆外也可以通过微信发送特定格式的词条来维护词库，工作效率得到了极大提升。

图书馆界真正的微信机器人虚拟咨询目前还处于探索阶段，闵图作为一家区级图书馆只是通过自己的一些浅陋尝试，为图书馆界微信虚拟咨询服务抛砖引玉，真正实现图书馆界的微信机器人虚拟实时咨询还需要同仁的共同努力。

社区服务机器人创意方案 第5篇

方案名称：自动收快递机器人

方案构思：鉴于网上购物的快速发展，越来越多人的选择于此，然而，在网购的最后流程：收货中，由于部分物业公司快递员的惰性和客观条件限制，很多快递只能存放于保安室，乃至于因为代签问题而引发纠纷，造成诸多麻烦。故由此构思：自动收快递机器人。具体如下：

在快递员到达时，该机器人可通过互联网或其他通讯手段与相应业主取得联系，通过摄像头（如果条件允许，甚至可以加装红外射线、X射线、核磁共振成像透视扫描装置），业主可以在不在场的情况下对快递进行检查，并通知保安代为签收。然后机器人可以将检查后的快递送达业主家中。另外，由于该机器人长期呆在保安室或小区门口，可在其上加装MP3、MP4或大型广播喇叭等装置，一方面可以快速传达物业的消息，另一方面又可让保安在繁忙的工作中得到放松，于此，大大节省了业主、保安、物业和快递员的时间，减少了许多无谓纠纷的发生，大大提高了业主、保安、物业和快递员的工作效率，让广大人民群众有更多的时间积极工作，创造更多的社会财富，发展社会主义经济建设。另外，通过如此高端的装置，可以大大彰显我国的科技发展水平，激励更多青少年投入科技创新工作，为我国未来的科技发展贡献新力量！

服务机器人的发展现状及趋势 第6篇

【摘要】服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作。进入二十一世纪，人们已经愈来愈亲身地感受到机器人深入生产、生活和社会的坚实步伐。一方面随着各个国家老龄化越来越严重，更多的老人需要照顾，社会保障和服务的需求也更加紧迫，老龄化的家庭结构必然使更多的年青家庭压力增大，而且生活节奏的加快和工作的压力，也使得年轻人没有更多时间陪伴自己的孩子，随之酝酿而生的将是广大的家庭服务机器人市场。另一方面服务机器人将更加广泛地代替人从事各种生产作业, 使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产作业中解放出来。

【关键词】服务机器人 发展现状 发展趋势

引言

截至2014年底，我国60岁以上的老龄人口已达2.97亿，占人口总数的6.07%，劳动力人口比重正在逐年下滑，迫切需要大力发展机器人自动化产业。服务机器人是机器人发展的主攻方向，受到国内外学术界和产业界的高度重视。近年来，原中型组和人形组中的国际一流研究型大学纷纷加入服务机器人研发制造，使得行业技术得到快速的发展，服务机器服务机器人是集机械、电子、控制、材料、生物医学等多学科交叉的战略性高技术，不仅能应对劳动力成本上升、人口老龄化等问题，而且对于相关技术与产业的发展起着重要的支撑和引领作用。目前，主导全球研发机器人技术的国家主要有美国、日本、德国、韩国、中国，我国目前已经跻身了全世界五大强国之列，但是与美国、日本差距非常大，我国服务机器人研究与市场化生产运作仍处于初级阶段，国内专门研发生产服务机器人的企业少且多半集中于低端市场[1]。服务机器人的市场现状和前景

中国产业调研网发布的2015-2020年中国服务机器人市场现状研究分析与发展趋势预测报告认为：根据国际机器人联盟的数据（表1），2014年，全球专业服务机器人销量22163台，比2013年增加1163台，与2010 年相比翻了一番，销售额达到45.48亿美元，同比增长8.3%;全球个人/家用服务机器人440台，比2013年增加40 台，销售额达到12.05亿美元，同比增长27.2%;2013年，全球国防应用机器人销量8013台，比2012年增加759台；全球医用服务机器人销量1106台，比2012年增加33台。全球家用服务机器人销量224万台，比2012年增加29万台。2014年，我国服务机器人销售额45.56亿元，同比增长34%;2014年中国服务机器人投入使用仅仅少部分是国产的，大部是国外进口机器人。我国服务机器人的主要分布地区主要集中在经济较为发达的环渤海及长三角、珠三角地区，西部地区的应用较少，其分布情况为珠三角地区32.7%，长三角地区29.6%，环渤海地区27.3%，中部地区 8.9%，西部地区1.5%.随着中国老龄化社会的到来，在未来的十年之内，服务机器人在中国的需求会有明显的增长，家庭护理机器人、玩具机器人、安控机器人、清洁机器人将是最为需要的[1]。

表1 2014年全球服务机器人效率同比增长率

随着开发研究的进一步开展和价格的大幅度下降，服务机器人将广泛进入医院、家庭、工地、办公室和体育娱乐场馆，直接与人类共处，为人类排忧解难[2]。国内外的研究现状

中国中国对服务机器人的研究起步很晚，但国家对此非常重视，1986年3月才开始把研究、开发智能机器人的内容已列入国家863高科技发展规划中，从1986年至2009年的20多年中，智能机器人主题在863的旗帜下，团结了近几千人的研究开发队伍，圆满完成各项任务，建成了一批高水平的研究开发基地，造就了一支跨世纪的研究开发队伍，为我国21世纪机器人技术的持续创新发展奠定了基础[3]。我国首台具有国际一流语音交互水平和复杂动作及智能运动控制水平的“美女机器人”,具有仿真的美女外形，服装和发型可以根据应用场合更换。她能够根据工作人员说出的指令，马上完成相应的动作,她能够讲英语、四川方言和唱歌、讲笑话，可以与游客进行语音聊天和知识问答,在移动行走时，她能自动识别途中碰到的障碍物，并做语音提示。目前，我国服务机器人研究技术已跨入世界先进行列，但与日本、美国等国家的技术相比还是有差距的，我国科技工作者正在努力向前，热切地期盼着我们自己水平更高的、功能更强的服务型机器人与大家见面。

日本日本将机器人作为一个战略产业，给予了大力支持，而且日本根据目前机器人产业面临的问题，提出了加强机器人研究和推动机器人产业化的具体措施，日本机器人工业之所以领先世界，一方面和他们的机器人文化也有关，在日本，有一种“让机器人成为人”的氛围，在日本，由于人口不多，而且老龄化趋势严重，他们需要机器人来承担劳力的工作，因此培养起浓厚的机器人文化;另一方面，日本政府也希望机器人研发成为本国的支柱产业，所以投入大量资金，为了攻克更关键的服务机器人技术，日本在2006 年至2010 年间，每年投入1000 万美元用于研发服务机器人[4]。

韩国韩国将服务机器人技术列为未来国家发展的10大“发动机”产业，他们已经把服务型机器人作为国家的一个新的经济增长点进行着重发展，对机器人技术给予了重点扶持，通过不断地努力，韩国近几年来也逐渐跻身研究机器人的世界潮流。韩国信息通信部官员表示，虽然韩国的机器人技术起步比美国、日本和欧洲的竞争者要晚，但是有望在未来5～10年内迎头赶上，韩国科学家成功研制出世界上最聪明的类人机器人“Android”，它集众多前沿科技在一身，包括实时数据传输、音像和力觉感应器、高速处理器等，通过它身上装备的音像及力觉感应器可以探测前方物体的运动，能够识别说话声，然后向服务器发送数据，服务器将数据处理后会下达指令给机器人，帮助它与人类以及周围环境进行互动。

欧美美国的机器人技术在国际上仍一直处于领先地位，其技术全面、先进，适应性也很强。专治中风的机器人医生将在密歇根州圣约瑟夫默西奥克兰医院率先上岗，有了这种机器人，医生在任何地方只要利用一台笔记本电脑和互联网，就可以远程遥控机器人为病人提供治疗服务[5]。德国服务机器人的研究和应用方面在世界上处于公认的领先地位：新一代机器人保姆Care-O-Bot3，它既能识别生活用品也能避免误伤主人;它还具有声控或手势控制有自我学习能力，还能听懂语音命令和看懂手势命令。法国不仅在机器人拥有量上居于世界前列，而且在机器人应用水平和应用范围上处于世界先进水平，这主要归功于法国政府一开始就比较重视机器人技术，大力支持服务机器人研究计划，并且建立起一个完整的科学技术体系，特别是把重点放在开展机器人的应用研究上。俄罗斯军方前不久公布的一款战争服务机器人“骡子”，该机器人战斗系统被当作侦察装置使用，负责武器和弹药的运输，并且承担侦察雷区或敌方武器部署的作用，帮助伤员撤离战斗区域和搬运战士遗体[6]。服务机器人的技术发展趋势

服务机器人的开发研究取得了举世瞩目的成果，可以预见，未来10 年内，服务机器人将在医疗、教育、娱乐等领域率先开拓扎根，其发展会逐渐呈现智能化、网络化、人性化、多元化等特点。3.1服务机器人的更高智能化

尽管人们对于人工智能的定义和发展方向仍然没有统一的观点，然而一些已经得到的成果和重点的发展方向大家仍然达到了共识。应用于智能机器人的人工智能技术有着许多诱人的研究课题，新型智能技术的概念和应用研究正酝酿着新的突破[7]。多种方法混合技术、多专家系统技术、机器学习、硬软件一体化和并行分布处理技术都是快速发展的领域。而模仿人脑机理和分布式人工智能可能是最有发展的方向。

3.2服务机器人的网络化

人工智能深入发展，云计算应用深化。在技术层面，智能服务机器人将在人工智能和云计算方面实现进一步突破。人工智能是服务型机器人的“大脑”，实现机器人在非结构化环境下的识别、思考和决策，直接决定了机器人的智慧化程度。目前，全球各大科技巨头在人工智能研究方面持续投入，成为智能服务机器人实现良好人机互动的突破口。云计算是服务型机器人的“平台”，实现与移动互联网海量数据连接的纽带，能够完成实时信息搜索和信息提取，直接决定了机器人的应用延伸拓展水平。当前，采用云技术的智能服务机器人日益增多，未来可能成为服务机器人技术的“标准配置”[8]。

3.3服务机器人的人性化

智能家居融合创新，生态体系构建完善。智能家居以智能终端和家庭网络为基础，以数字娱乐、智能安防、健康服务等典型应用服务为方式，实现舒适、安全、便捷、个性化家庭生活的综合服务平台。智能家居与智能服务机器人对家庭服务具有天然的融合应用基础，未来将实现深度融合创新。在此基础上，手机、可穿戴设备等移动智能终端，机器人等服务主体终端，智能家居等家电智慧化系统，将共同构成家庭服务生态体系，各终端间实现互联互通和协同应用，应用程序将打破单个终端边界，适应整体生态系统，共同服务人们家庭生活的各个方面[8]。日本专家预测，在2013年到2027年之间，智能机器人系统的发展将允许机器人会保留和重复使用以前已获得的技能和技术，人和机器人的交流将变得更加的简单化了。

3.4 人工智能技术的全面应用

各种机器学习算法的出现推动了人工智能的发展，强化学习、蚁群算法、免疫算法等可以用到服务机器人系统中，使其具有类似人的学习能力，以适应日益复杂的、不确定和非结构化的环境。英国科学家研发出首名“机器人科学家”的机器人，这款机器人能独立推理、把理论公式化乃至探索科学知识，堪称人工智能领域一大突破[9]。“机器人科学家”将来可以投身于解开生物学谜题、研发新药、了解宇宙等研究领域。英国的一种具有语言学习能力的类人型机器人即将问世，研究者的目标是：机器人将来能够对语言进行自我学习，以及在社会化环境中向他人学习，并且把这种语言能力转化为自主化学习和处理问题的能力，并且与周围环境互动，将来有可能使机器人掌握更多的自主性能力[10]。

4结论

随着机器人关键技术的不断更新，服务机器人正处于蓬勃的发展状态，相关新产品层出不穷。有机构预测未来服务机器人将像家用电器一样普及，它将大量进入人们的生活，走进千家万户。当然，除了国家政策导向、技术研发，未来服务机器人的成功还将取决于社会对它的承认。服务机器人作为一个具有巨大社会关注度、特色鲜明的高新技术，解决社会劳动问题是其主要实际功能，它是现代制造业与服务业的不可分割的重要组成部分。研究发展服务机器人不仅是未来社会发展的重大机遇，也对提升国家核心竞争力具有重要意义。

参考文献

服务机器人应用领域 第7篇

中国餐厅雇用机器人做服务人员和厨师 作者：

来源：《工业设计》2013年第03期

这是必然要发生的。所有的兴趣集中在服务型机器人上-像为你做面条，给你上饮料和为你制作汉堡的机器人-这应该会成为一个小惊喜，一个几乎全部由机器人服务的餐厅在中国拉开序幕。

概述在每日邮报（英国伦敦的报刊）和其它出版物以及在线视频上的所谓的机器人餐厅，位于在中国黑龙江省，哈尔滨市，该餐厅拥有一个18色的机器人，使用传感器和输送带在餐厅移动并为客户服务。

机器人执行许多任务，例如领位，在客人等待服务员下单后，上特色的面条和饺子餐具，以及烹饪食物。

中国的哈尔滨市浩海机器人公司已经开发了一个机器人餐厅工作人员，并且开了一个餐厅，使用机器人做饭，迎接客户，以及服务顾客。多色的机器人通过传感器在地面移动，传感器成本约为31，000到47，000美元，并使用可以运行五小时的电池。，此举是一个日益增长的趋势的机器人服务行业的一部分，甚至可超过工业机器人在未来几年的市场。

他们高约四到五英尺，可以显示出10种不同的面部表情，并且依靠电池运行，有约五小时的寿命。机器人也可以口头招呼顾客。

哈尔滨浩海机器人公司设计的机器在餐厅中使用，提供约30种不同的菜肴，该公司为此花费5百万元（790，000美元）。每一个机器人花费约200，000到300，000元（31，500到47，000美元）。该餐厅于去年开业。

这种面条联合也许听起来像科幻的东西，但他对关注机器人一段时间的我来讲是个小惊喜。根据一项来自Freedoina公司的研究“World Robots to 2016”，餐饮业机器人是新兴服务机器人市场的新浪潮的一部分，预计在几年内的增长比繁忙的工业机器人市场更快速。

家用服务机器人综述 第8篇

随着机器人技术的发展, 机器人的应用范围已经不仅仅局限在工业领域, 在军事、医疗、公共服务、家庭劳务等领域也随处可见机器人的身影。家用服务机器人有着潜力巨大的需求, 近二十年来, 家用服务机器人技术逐渐成为一个国际范围内的研究热点。国内外的研究机构都在争相研发各种类型的家用服务机器人, 并且已经推出了一些商业化的产品, 如著名的NAO机器人[1]和i Robot公司的Roomba清洁机器人[2]等。机器人已经不仅仅局限于实验性的科学研究, 而是渐渐走向实用化, 进入人们的日常生活。比尔·盖茨在2007年曾撰文预计机器人将像个人电脑一样会走入千家万户[3]。工业机器人之父约瑟夫·恩格尔伯格也认为家用服务机器人拥有潜力巨大的市场[4]。机器人进入家庭领域已是一种必然趋势。

1 发展历程

家用服务机器人起步较晚, 一直到1999年宠物机器人爱宝的推出[5], 才标志着家用服务机器人第一次大规模地在商业市场中亮相。然而, 二十一世纪以来, 家用服务机器人的研发迅速成为一个热点, 具有巨大潜在市场的家庭、个人服务机器人产业也逐渐发展壮大起来。不同国家对家用服务机器人的研发重点不一样, 发展历程也不一样。

1.1 日本

日本是最早进行家用服务机器人研发的国家之一, 并制定了一系列推动家用服务机器人产业化发展的政策。日本在上世纪80年代就将“研发能在生活中与人类进行友好交互的机器人”作为具有重要社会意义的课题写入国家层面的发展规划当中[6]。其经济产业省为家用服务机器人科技发展做了详尽的战略规划, 计划以仿人娱乐机器人为突破口, 采用模块化和标准化道路, 推进家用服务机器人的产业化[7]。

仿生、拟人, 是日本家用服务机器人发展的一大特色[6]。1999年Sony公司推出会走、会判断环境、会与人交流的机器宠物狗爱宝。2007年, 东京早稻田大学与20多个公司合作、花费十几年研制成功仿人机器人“Twendy-One”[8], 如图1所示。“Twendy-One”极其灵巧, 能实现从烤箱取面包, 端盘子等操作。日本东京大学和丰田汽车公司等机构联合开发出家务帮手机器人“AR” (Assistant Robot) [9], 如图2所示。AR接近人类体型, 能根据褶皱区分衣物, 会使用洗衣机、送餐、拖地, 能帮助减轻家务负担。2014年, 日本软银集团和法国Aldebaran Robotics联合推出全球首款配备情感识别功能的机器人Pepper[10], 如图3所示。Pepper配备了语音识别技术以及基于表情和声调的情绪识别技术, 并可以通过灵活的肢体语言可与人进行交流。2015年6月-8月, Pepper正式面向普通顾客发售。

1.2 美国

美国家用服务机器人发展起步早, 是在服务机器人产业化方面做得最好的国家[11]。美国把家用服务机器人定位为解决老龄化、医保等重大社会问题的突破口, 认为家用服务机器人将渗透到我们的生活当中, 深刻改变人类社会的形态。

专用化[6]、产业化是美国家用服务机器人发展的一大特色。2002年, i Robot公司推出了家用清洁机器人Roomba, 如图4所示。Roo mba虽然功能单一, 但是其以相对低廉的价格提供了相当实用的功能, 实现了成本与功能之间一个较好的平衡, 因此赢得了消费者的喜爱:至2014年Roomba系列产品的销售量已经超过了1000万台[6]。图5所示的ROVIO[12]是由美国WOW-WEE公司开发的一款安保机器人。ROVIO有两项基本功能:通过内置摄像机观看机器人周围环境并进行互动;通过Wifi控制对ROVIO进行远程遥控。

建立统一标准[13]、推进家用服务机器人设计生产的模块化和平台统一化将有利于家用服务机器人的产业化发展[14]。一些反应敏捷的IT巨头看到了蕴含的巨大商机, 如微软和谷歌公司凭借各自在IT技术上的雄厚实力, 分别推出了机器人操作系统Robotics Studio和ROS, 并占据了相当高的市场份额。

1.3 韩国

韩国把智慧型服务机器人产业定位为21世纪推动国家经济快速增长的十大引擎产业之一, 把智慧型服务型的机器人产业作为“839”战略计划重要组成部分[15], 希望通过开创新市场实现成为世界三大机器人强国目标[11]。2009年韩国知识经济部发布了《服务型机器人产业发展战略》, 计划通过该战略让韩国机器人在世界机器人市场占有率从2009年的10%跃升到2018年的20%。

韩国机器人发展突出了服务机器人与网络相结合。2004年, 韩国SK电信推出保安机器人Mostitech[7], 如图6所示。该机器人能够在家庭的房间里走动, 如果检测到失火、煤气泄露或者有不速之客进入家中等紧急情况, 机器人会拍下室内照片并把相关信息发送到指定的手机用户, 收到信息的用户还可以通过手机和互联网命令机器人对可疑的情况或者人进行调查。韩国Yujin Robotics公司推出i Robi[7]机器人, 如图7所示。当家长外出时, 通过跟网络连接i Robi, 家长可以借助机器人上摄像头监看孩子们的活动, 还可以通过显示屏跟孩子们进行交流。另外, i Robi还会念书和唱歌, 因此也是教育孩子的新媒介。

1.4 中国

与日美等国家相比, 中国在家用服务机器人领域的研发起步较晚。但是近年来, 为了迅速缩小与发达国家的技术差距, 抢占新兴服务机器人市场, 中国制定了一系列有利于发展智能服务机器人的政策。2006年发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006-2020年) 》中, 智能服务机器人被定位为重点发展的前沿技术和新的经济增长点。2012年, 中国出台《智能制造科技发展“十二五”专项规划》和《服务机器人科技发展“十二五”专项规划》, 发展智能服务机器人被写入国家发展战略[16,17]。

在政策利好和市场潜力巨大的背景下, 中国的家用服务机器人产业开始萌发, 并涌现了一些具有竞争力的公司, 如全球领先的家用服务机器人企业科沃斯。2013年, 科沃斯推出了“地宝九系”智能扫地机器人[18], 如图8所示。“地宝九系”功能上跟美国i Robot公司的Roomba清洁机器人相近, 但价格更加低廉。此外, 科沃斯还推出了可以实时监测室内的空气质量和烟雾的浓度“家宝”系列机器人, 和集远程控制、娱乐、教育、安保等功能于一身的“亲宝”系列机器人。目前, 科沃斯公司的产品已成功出口到全球三十多个国家和地区, 成为中国家用服务机器人企业走向世界的先驱。

1.5 全球家用机器人研发现状与市场规模

根据IFR (International Federation of Robotics) [19]统计数据, 在2014年, 全球市场共销售470万台个人/家用服务机器人, 比2013年增长28%, 总销售额高达22亿美元。IFR预计, 在2015-2018年期间, 个人/家用服务机器人的销售额将会达到3500万台。目前应用较广泛的家用服务机器人为清洁机器人和割草机器人。但IFR预计, 随着机器人技术的发展, 用于看护、陪伴、娱乐、多功能家务的拟人化智能家用机器人的市场份额将会逐渐提升。

家用服务机器人的迅猛发展与科技创新是密不可分的。中国科技部[20]对德温特创新索引 (DII) 专利数据库进行家用服务机器人相关的检索并对结果进行分析。截止于2010年5月, 共检索到与家用服务机器人研究相关的专利4839件, 专利数量随年度变化的情况如图9所示。从图中可以看出, 近20年来, 家用服务机器人专利申请数量持续高速增长 (因为专利的公开和授权存在一定的滞后期, 所以近3年数据仅供参考) , 这表明家用服务机器人相关技术受到越来越多关注, 研发热度持续上升。

该机构还对家用服务机器人专利技术的国家/地区分布进行了分析。结果表明, 在专利受理数量上, 日本和韩国占有绝对优势, 日本受理的专利数量最多, 约占总量的42.5%, 韩国约占总量的30%。其次是美国、中国和德国, 各占总量的11%、7.3%和4%。家用服务机器人专利申请数量居前10位的申请人为三星、LG、丰田、松下、应用材料公司等韩、日、美大型企业。这说明, 家用服务机器人的研发在日本、韩国、美国、中国、德国最为活跃, 日、韩、美三国在引领着家用服务机器人技术的发展。

2 分类与典型例子

IFR按照从事的工作类型, 把机器人分为工业机器人与服务机器人两大类[17]。家用服务机器人是服务机器人中的重要一类, 指可以在家庭中为用户提供服务的机器人。可以从不同的角度对家用服务机器人进行进一步的分类, 如表1总结所示。

3 重要特点与关键技术

3.1 重要特点

家用服务机器人由于其工作场合、服务对象、从事任务的特殊性, 其设计要求相对其他机器人有很多不同。

3.1.1 工作在复杂的、半结构化或者非结构化的环境

家用服务机器人的工作场所——家庭, 是一个比较复杂的环境, 里面有各种家具、楼梯和台阶、狭长的走廊、移动的人类与宠物, 甚至还有火炉等一些危险物品。与工业机器人往往工作在结构化的环境不同, 家用服务机器人往往是工作在复杂的半结构化或者非结构化的环境[24]中。工作环境的复杂多变一方面对机器人的移动机构设计提出了严峻的挑战, 另一方面也使得家用机器人的自主导航定位面临许多困难。

3.1.2 长时间与人共处, 服务对象大多未经过训练

家用服务机器人是为家庭和个人服务的机器人, 往往跟长时间人类在同一个空间进行工作, 工作过程中与人类有着密切的交互。而且不同于工业机器人往往由专门的操作员进行操作, 家用服务机器人是由极平常的普通人, 甚至是老人和病人来操作的[25]。因此家用服务机器人应具有自然、容易掌握、高效的人机交互界面。良好的人机交互一方面有助于机器人理解和执行用户的指令;另一方面, 通过交互式学习[26]等方式, 让用户参与到机器人的训练和学习环节, 能促进人的智能与机器人智能的有机融合, 大大延伸了机器人的服务能力。同时, 为了保障人类的安全, 家用服务机器人需要采用十分可靠的安全技术[27,28]。

3.1.3 往往需要跟多种对象进行交互

一项服务任务往往包括多个步骤, 不同步骤里往往需要家用服务机器人跟不同的对象进行交互。而且为了扩大服务范围以及实现自我维护, 家用服务机器人可能还需要跟门把手、读卡器、电源开关等对象进行交互。因此, 家用服务机器人需要较强的物体识别与操作能力。

3.2 关键技术

3.2.1 室内自主导航技术

实现在室内环境中的自主导航, 是大部分家用服务机器人最基本的能力之一。室内移动机器人的自主导航通常涉及到三方面的问题:地图表示与创建、自主定位和路径规划。

(a) 地图表示与创建

按照是使用绝对坐标系还是抽象出来的拓扑关系来描述环境特征, 可以将机器人地图的表示方法分为三大类:度量表示、拓扑表示以及混合表示[29]。度量表示法使用绝对坐标系来描述环境特征, 其又可以进一步分为栅格法[30]和几何表示法[31]等。拓扑表示法[32]使用抽象出来的拓扑关系来描述环境特征, 将环境表示为一系列节点以及连接节点的边。每个节点对应于环境中一个特征位置或区域, 而连接节点的边表示相应位置间的连通关系。混合表示法将度量表示和拓扑表示相结合。如可采用二级分层结构[33], 第一层为使用拓扑表示法的全局地图, 第二层为使用度量表示的以拓扑节点为核心的局部地图, 这样既发挥了拓扑表示法简洁、有利于维护全局地图一致性的优点, 又发挥了度量表示法容易实现局部精确定位的优势。

(b) 自主定位

定位是指通过融合先验环境信息、机器人位姿的当前估计和传感器测量值等信息, 来获取更准确的对机器人当前位姿的估计[34]。家用服务机器人的定位方法, 可分为相对定位和绝对定位[35]。相对定位是指以初始位置为先验条件, 在行进的过程中根据每一步的运动状态确定当前家用服务机器人在局部环境中的位置。绝对定位也可以称为全局定位, 指根据预先确定好的环境地图或者传感器信息获取机器人在全局坐标系中位姿。

定位和地图创建这两个问题具有高度的相互依赖性, 被人们形象地比喻成“鸡和蛋”的问题:机器人的定位需要依赖准确的环境地图, 而为了创建地图机器人又要实现准确的定位。SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) [36]技术, 顾名思义, 试图同时考虑机器人的定位和地图创建问题。SLAM指机器人从未知位置出发, 在运动的过程中利用自身定位信息估计观测到的环境路标位置, 建立环境地图, 然后利用已经建立的地图来校正机器人的定位[37]。它的基本原理是基于概率统计的方法, 通过多特征匹配来实现机器人定位与地图创建并减少误差。

(c) 路径规划

传统的机器人路径规划算法研究的是从起始点运动到目标点的类型, 期望输出是一条安全的在某种意义上最优或者较优的路径。常用的方法主要包括路线图法[38]、单元分解法[39]、势场法[40]、萤火虫算法[41]和遗传算法[42]等。家用服务机器人的许多应用场合需要该类型的路径规划。

传统的起始点-目标点型的路径规划并不适用于清扫地面、割草等任务。这些任务需要进行覆盖路径规划, 即要求机器人必须通过环境中的每个不被障碍物占领的点, 并且要避开障碍物和尽量避免重复遍历[43]。常用的覆盖算法有启发式算法、基于模板的方法、单元分解法等[44,45]。

3.2.2 人机交互技术

强调与人的良好交互性是家用服务机器人的显著特征。为了实现自然、高效的人机交互, 家用服务机器人的设计者引入了多种新型的人机交互方式。根据所采用的交互通道的不同, 可以把目前应用到家用服务机器人上的人机交互方式分为四大类:基于视觉、基于听觉、基于力触觉以及其他, 如表2总结所示。值得注意的是, 家用服务机器人与用户之间的交互正呈现出多模化[46]的趋势, 即机器人与用户同时利用多种而不是单一的交互通道进行交互, 如pepper机器人可以根据用户的面部表情、肢体语言以及措辞来综合分析用户的情感。

针对家用服务机器人, 控制方式已经不仅仅局限于近距离操控。随着基于GSM (Global System for Mobile Communications) /GPRS (General Packet Radio Service) 网络的操控、基于Wi Fi无线网络的PC机操控、基于Internet的PC机操控、红外线操控等控制方式[57]的逐渐成熟和这些技术在家用机器人上的应用, 用户可以在远距离与家中的机器人进行交互, 这有利于家用服务机器人在我们生活中的普及。

3.2.3 物体识别

为了完成服务任务, 家用服务机器人需要识别的对象主要包括三类:服务对象 (用户) , 操作对象 (垃圾、碟子、水杯等) 还有环境对象 (墙、桌子等) [20]。这些对象往往具有相对固定的形状或者结构, 因此基于模型的物体识别方法通常都行之有效, 也是目前家用服务机器人物体识别技术中比较常用的方法。在基于模型的物体识别算法中, 特征的提取和选择对识别结果有着至关重要的影响。传统的识别算法中, 特征的选择往往是基于经验知识的。最近几年, 有学者提出了深度学习[58]等自主特征提取算法。让机器人通过对海量样本进行学习来自主提取出有效的分类特征。结果表明这些新型特征提取算法在多个课题上都取得了让人惊喜的结果[59,60]。

为了识别物体, 机器人需要获取跟识别对象相关的多方面信息。现在的家用服务机器人除了装备有相机外, 还可能装有测距仪、红外传感器、声音传感器和力触觉传感器等多种类型的传感设备。通过对不同传感器采集的信息进行融合, 能有效提高物体识别的鲁棒性和准确率。同时, 借助于多种传感设备, 机器人能更准确地获取操作对象的状态, 这为机器人对物体的精细操作提供了条件。

4 发展趋势

基于对家用服务机器人发展历程和重要技术的分析, 下面对家用服务机器人技术的发展趋势进行总结。

4.1 人机交互多层次化、人性化

新一代家用服务机器人与用户之间的交互, 呈现出多层次化的趋势。用户可以给机器人下达相对高层的指令, 甚至机器人可以自动检测到用户的需求。用户也可以给机器人下达相对底层的指令, 或者让机器人完全跟随用户的动作。用户可以跟机器人进行近距离的交流, 也可以通过互联网等信息传输技术实现远程交互。用户跟家用服务机器人的交互将会越来越人性化, 用户可以通过语音、手势等自然、直观的方式与机器人进行交互, 机器人对用户的反馈也将更多元化。

4.2 与环境的交互智能化

新一代的家用服务机器人将会配备更多样、先进的传感设备, 以实现对环境中物体更鲁棒性的识别和对环境状态更精确的判断。家用服务机器人将可以对环境中物体进行更精细的操作, 从而为用户提供更多的服务。

机器人进入家庭, 不仅仅只是机器人本身的发展, 家庭环境同样也在不断完善。通过对环境进行一些智能化改造, 能强化其环境中机器人的功能[61]。在未来, 家用服务机器人与家庭环境将会形成一个紧密的有机智能体。

4.3 资源利用网络化

互联网与机器人相结合, 是家用服务机器人一个重要的发展方向[11]。互联网相当于一个巨大的资源库, 包含了大量的计算资源和信息资源, 跟网络相结合的机器人则是一种有效利用这些资源的工具和手段。家用服务机器人作为一个智能终端和操作载体, 本身具备移动、感知、决策和操作功能。互联网平台借助云计算、大数据、物联网等技术, 能为机器人提供一个潜力巨大的信息收集和处理平台。跟互联网相结合, 能在很大程度上延伸了家用服务机器人的感知、决策和操作能力。

4.4 设计与生产标准化、模块化、体系化

建立广泛认可的家用服务机器人标准, 设计并构建家用服务机器人模块化体系结构[62], 已成为发展家用服务机器人亟需解决的课题。推进家用服务机器人设计生产的标准化、模块化和体系化, 有利于减少重复性劳动, 加快先进技术转化为产品的进程, 提高产品质量, 降低成本, 推动家用服务机器人的产业化发展。

5 结论

得益于机器人技术的发展以及潜力巨大的消费市场, 家用服务机器人逐渐成为一个国际范围内的研究热点并开始走向实用化, 进入人们的日常生活。文中从家用机器人的发展历程、分类、关键技术和发展趋势等角度对家用服务机器人技术进行梳理和总结, 这对希望了解家用机器人技术的研究人员有一定的参考价值。

摘要：近二十年来, 家用服务机器人技术逐渐成为一个国际范围内的研究热点。本文对家用服务机器人的发展历程、分类、关键技术和发展趋势进行了梳理和总结, 提供了一份较全面的综述。首先, 介绍了家用服务机器人在各国的发展历程以及全球研发现状和市场规模。然后, 从不同的角度对家用服务机器人进行了分类并介绍了各类型中的典型例子。进而分析了家用服务机器人的重要特点和关键技术。最后, 总结了家用服务机器人的发展趋势。