服務(wù)機(jī)器人概況

1、<p><b>　　服務(wù)機(jī)器人概況</b></p><p>　　（黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院自動(dòng)化 哈爾濱150080）</p><p>　　摘要：智能服務(wù)機(jī)器人技術(shù)代表一個(gè)國(guó)家高科技水平和自動(dòng)化程度，它具有廣闊的發(fā)展空間和市場(chǎng)前景。本文介紹了服務(wù)機(jī)器人的定義和發(fā)展前景，分析了國(guó)內(nèi)外服務(wù)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，并闡述了當(dāng)前服務(wù)機(jī)器人研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，最后展示服務(wù)機(jī)器

2、人的未來(lái)發(fā)展方向和研究趨勢(shì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：服務(wù)；機(jī)器人；人工智能；多傳感器信息融合；智能；控制</p><p>　　A PROFILE OF SERVICE ROBOTS</p><p>　　(Automation Department, Institute of electronic Enegineering, Heilongjiang Unive

3、rsity, Harbin 150080, China)</p><p>　　Abstract： The technology of the intelligent service robot represents a national high-tech level and the degree of automation, it has a broad development space and market

4、 prospects. This article describes the definition and development prospects of service robots, analyses the current situation of service robot research at home and abroad, and introduces the key technologies in the field

5、s of the current service robot research.Finally ,the direction of development and research trends of service ro</p><p>　　Keywords： service ；robot;artificial intelligence; multi-sensor information fusion;inte

6、lligent ；control</p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　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(shuō)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(lái)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(guó)家老齡化越來(lái)越嚴(yán)重，更多的老人需要照顧，社

7、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(méi)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(chǎng)。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(lèi)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(lái)。本文對(duì)服務(wù)機(jī)器人技術(shù)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用及其未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了綜述。</p><p><b>　　2國(guó)

8、內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　2.1 服務(wù)機(jī)器人的定義</p><p>　　服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人家族中的一個(gè)年輕成員，到目前為止尚沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的定義，不同國(guó)家對(duì)服務(wù)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)不同。國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)經(jīng)過(guò)幾年的搜集整理，給了服務(wù)機(jī)器人一個(gè)初步的定義：服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能完成有益于人類(lèi)健康的服務(wù)工作，即除了手術(shù)機(jī)器人、診斷機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人

9、、康復(fù)機(jī)器人等醫(yī)用機(jī)器人外，也包括各種家用機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、體育機(jī)器人、玩具機(jī)器人、導(dǎo)游機(jī)器人、保安機(jī)器人、排險(xiǎn)機(jī)器人、清潔機(jī)器人、秘書(shū)機(jī)器人、建筑機(jī)器人、郵品分類(lèi)拾取和送信機(jī)器人以及加油機(jī)器人等。隨著開(kāi)發(fā)研究的進(jìn)一步開(kāi)展和價(jià)格的大幅度下降，服務(wù)機(jī)器人將廣泛進(jìn)入醫(yī)院、家庭、工地、辦公室和體育娛樂(lè)場(chǎng)館，直接與人類(lèi)共處，為人類(lèi)排憂(yōu)解難。</p><p>　　2.2 服務(wù)機(jī)器人的市場(chǎng)現(xiàn)狀和前景</p>

10、<p>　　服務(wù)型機(jī)器人可進(jìn)一步區(qū)分為個(gè)人和家用機(jī)器人與專(zhuān)業(yè)服務(wù)型機(jī)器人。</p><p>　　2.2.1 市場(chǎng)調(diào)研與預(yù)測(cè) </p><p>　　根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）統(tǒng)計(jì)部門(mén)于2008年10月公佈的最新資料，全球服務(wù)型機(jī)器人市場(chǎng)概況分述如下：1 個(gè)人和家用服務(wù)型機(jī)器人： 至2007年底，個(gè)人和家用服務(wù)型機(jī)器人累計(jì)裝置量已超過(guò)340萬(wàn)臺(tái)，娛樂(lè)休閑用機(jī)器人已達(dá)到200萬(wàn)臺(tái)

11、。至 2011年底，全球家務(wù)用機(jī)器人將會(huì)達(dá)到460萬(wàn)臺(tái)，娛樂(lè)休閑用機(jī)器人將會(huì)達(dá)到735萬(wàn)臺(tái)，合計(jì)約1200多萬(wàn)臺(tái)，未來(lái)四年服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)總值合計(jì)約57億美元，到2015年，全球個(gè)人和家庭機(jī)器人市場(chǎng)的規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到150億美元，同時(shí)，將出現(xiàn)多種類(lèi)型的個(gè)人機(jī)器人。2 專(zhuān)業(yè)服務(wù)型機(jī)器人：至2007年底，全球已有4.9萬(wàn)臺(tái)的使用數(shù)量，預(yù)計(jì)到2011年底，將增加5.4萬(wàn)臺(tái)專(zhuān)業(yè)服務(wù)型機(jī)器人，總價(jià)值約91.2億美元，其中農(nóng)林礦牧用機(jī)器人最多，共將有1

12、.9萬(wàn)臺(tái)，防御救災(zāi)與保全機(jī)器人預(yù)計(jì)將有1.56萬(wàn)臺(tái)銷(xiāo)售量，專(zhuān)業(yè)清潔機(jī)器人亦約有4000臺(tái)銷(xiāo)售量，醫(yī)療用機(jī)器人約達(dá)3420臺(tái)，多用途機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)約2375臺(tái)，水底作業(yè)系統(tǒng)預(yù)估將有超過(guò)925臺(tái)銷(xiāo)售量。</p><p>　　2.2.2 專(zhuān)家預(yù)測(cè) </p><p>　　1 中國(guó)機(jī)器人專(zhuān)家、工程院院士徐揚(yáng)生教授說(shuō)：“只要10年時(shí)間，機(jī)器人將在世界范圍內(nèi)，普及到每個(gè)人的日常生活之中。這將是一個(gè)巨

13、大的市場(chǎng)，預(yù)計(jì)將比現(xiàn)在的汽車(chē)市場(chǎng)還要大。”2 韓國(guó)科學(xué)家預(yù)測(cè)：到2015年至2020年，每個(gè)韓國(guó)家庭將擁有一個(gè)機(jī)器人。3日本專(zhuān)家估計(jì)：到2020年日本將有25%的人口年齡超過(guò)65歲，護(hù)理型機(jī)器人將供不應(yīng)求。4 德國(guó)科學(xué)家預(yù)計(jì)：將在未來(lái)的幾十年間，家庭生活中將出現(xiàn)的最大變化就是機(jī)器人的普及，家庭服務(wù)機(jī)器人將在日常家庭生活中扮演越來(lái)越重要的角色，承擔(dān)越來(lái)越多的工作。</p><p>　　2.3 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀&l

14、t;/p><p>　　從二十世紀(jì)八十年代中期開(kāi)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—醫(yī)院、辦公室、家庭和其它雜亂及不可控環(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，特別是最近幾年，對(duì)會(huì)清潔地面、割草或充當(dāng)導(dǎo)游、保姆和警衛(wèi)等自主移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)上的進(jìn)步，大家都有目共睹。</p><p><b>　　2.3.1 中國(guó)<

15、/b></p><p>　　中國(guó)對(duì)服務(wù)機(jī)器人的研究起步很晚，但國(guó)家對(duì)此非常重視，1986年3月才開(kāi)始把研究、開(kāi)發(fā)智能機(jī)器人的內(nèi)容已列入國(guó)家863高科技發(fā)展規(guī)劃中，從1986年至2009年的20多年中，智能機(jī)器人主題在863的旗幟下，團(tuán)結(jié)了近幾千人的研究開(kāi)發(fā)隊(duì)伍，圓滿(mǎn)完成各項(xiàng)任務(wù)，建成了一批高水平的研究開(kāi)發(fā)基地，造就了一支跨世紀(jì)的研究開(kāi)發(fā)隊(duì)伍，為我國(guó)21世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1如圖1所示，這

16、是我國(guó)首臺(tái)具有國(guó)際一流語(yǔ)音交互水平和復(fù)雜動(dòng)作及智能運(yùn)動(dòng)控制水平的“美女機(jī)器人”,這款“美女機(jī)器人”具有仿真的美女外形，服裝和發(fā)型可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合更換。她能夠根據(jù)工作人員說(shuō)出的指令，馬上完成相應(yīng)的動(dòng)作,她能夠講英語(yǔ)、四川方言和唱歌、講笑話，可以與游客進(jìn)行語(yǔ)音聊天和知識(shí)問(wèn)答,在移動(dòng)行走時(shí)，她能自動(dòng)識(shí)別途中碰到的障礙物，并做語(yǔ)音提示。2由北京理工大學(xué)牽頭、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所、兵器工業(yè)集團(tuán)惠豐機(jī)械有限公司、中科院自動(dòng)化所等單位參加，通過(guò)三年的奮

17、斗，研制的“匯童”仿人機(jī)器人，如圖2所示，取得了重大成果, “匯童”仿人機(jī)器人具有視覺(jué)、語(yǔ)音對(duì)話、力覺(jué)、平衡覺(jué)等功能的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的仿人機(jī)器人，功能達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，研制的“匯</p><p>　　目前，我國(guó)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(guó)等國(guó)家的技術(shù)相比還是有差距的，我國(guó)科技工作者正在努力向前，熱切地期盼著我們自己水平更高的、功能更強(qiáng)的服務(wù)型機(jī)器人與大家見(jiàn)面。</p><

18、;p>　　圖1 美女機(jī)器人 圖2 “匯童”機(jī)器人</p><p><b>　　2.3.2 日本</b></p><p>　　日本將機(jī)器人作為一個(gè)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，給予了大力支持，而且日本根據(jù)目前機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨的問(wèn)題，提出了加強(qiáng)機(jī)器人研究和推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的具體措施，日本機(jī)器人工業(yè)之所以領(lǐng)先世界，一方面和他們的機(jī)器人文化也有關(guān)，在日本，有一種“讓機(jī)器人成為

19、人”的氛圍，在日本，由于人口不多，而且老齡化趨勢(shì)嚴(yán)重，他們需要機(jī)器人來(lái)承擔(dān)勞力的工作，因此培養(yǎng)起濃厚的機(jī)器人文化；另一方面，日本政府也希望機(jī)器人研發(fā)成為本國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，所以投入大量資金，為了攻克更關(guān)鍵的服務(wù)機(jī)器人技術(shù)，日本在2006 年至2010 年間，每年投入1000 萬(wàn)美元用于研發(fā)服務(wù)機(jī)器人。日本服務(wù)機(jī)器人技術(shù)的成果例舉如下：1日本發(fā)明出人形的個(gè)性機(jī)器人保姆“ar”，如圖3所示，不僅會(huì)洗衣，打掃衛(wèi)生，還會(huì)收拾餐具等諸多家務(wù)雜活，它依

20、靠車(chē)輪移動(dòng)，共搭載有5臺(tái)照相機(jī)以便確認(rèn)家具的位置。在公開(kāi)展示活動(dòng)中，“ar”演示了打開(kāi)洗衣機(jī)蓋，將需要清洗的衣物放入洗衣機(jī)，用托盤(pán)端著餐具送到廚房和拖地等工作。2由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所智能系統(tǒng)研究部門(mén)仿人研究小組研制的美女機(jī)器人HRP-4C，如圖4所示，以用戶(hù)為中心的機(jī)器人開(kāi)放架構(gòu)（Centered Robot Open Archi</p><p>　　圖3 機(jī)器人保姆 圖4 美女機(jī)器

21、人HRP-4C</p><p>　　2.3.3 韓國(guó) </p><p>　　韓國(guó)將服務(wù)機(jī)器人技術(shù)列為未來(lái)國(guó)家發(fā)展的10大“發(fā)動(dòng)機(jī)”產(chǎn)業(yè)，他們已經(jīng)把服務(wù)型機(jī)器人作為國(guó)家的一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)進(jìn)行著重發(fā)展，對(duì)機(jī)器人技術(shù)給予了重點(diǎn)扶持，通過(guò)不斷地努力，韓國(guó)近幾年來(lái)也逐漸躋身研究機(jī)器人的世界潮流。韓國(guó)信息通信部官員表示，雖然韓國(guó)的機(jī)器人技術(shù)起步比美國(guó)、日本和歐洲的競(jìng)爭(zhēng)者要晚，但是有望在未來(lái)5～10

22、年內(nèi)迎頭趕上，1韓國(guó)科學(xué)家成功研制出世界上最聰明的類(lèi)人機(jī)器人“Android”，如圖5所示，它集眾多前沿科技在一身，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、音像和力覺(jué)感應(yīng)器、高速處理器等，通過(guò)它身上裝備的音像及力覺(jué)感應(yīng)器可以探測(cè)前方物體的運(yùn)動(dòng)，能夠識(shí)別說(shuō)話聲，然后向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，服務(wù)器將數(shù)據(jù)處理后會(huì)下達(dá)指令給機(jī)器人，幫助它與人類(lèi)以及周?chē)h(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。2“夏娃機(jī)器人2號(hào)”，如圖6所示，是韓國(guó)科學(xué)家最新研制的一款?yuàn)蕵?lè)型機(jī)器人，這位“女性”機(jī)器人不僅能和觀眾進(jìn)行

23、對(duì)話，還能和人進(jìn)行眼神接觸，并會(huì)表達(dá)各種情緒和唱歌，唱歌時(shí)能對(duì)上口形和隨著歌曲扭動(dòng)手臂、臀部和膝蓋。</p><p>　　圖5 機(jī)器人Android 圖6 夏娃機(jī)器人2號(hào)</p><p>　　2.3.4 美國(guó) </p><p>　　美國(guó)是機(jī)器人的發(fā)源地，盡管美國(guó)在機(jī)器人發(fā)展史上走過(guò)一條重視理論研究，忽視應(yīng)用開(kāi)發(fā)研究的曲折道路，但是美國(guó)的機(jī)器人技術(shù)在

24、國(guó)際上仍一直處于領(lǐng)先地位，其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。例如：1專(zhuān)治中風(fēng)的機(jī)器人醫(yī)生，如圖7所示，將在密歇根州圣約瑟夫默西奧克蘭醫(yī)院率先上崗，這種機(jī)器人頭部是一個(gè)顯示屏，能顯示網(wǎng)絡(luò)另一端醫(yī)生的形象和聲音，顯示屏上方安裝了一個(gè)攝像頭，可以把醫(yī)院現(xiàn)場(chǎng)的圖像和聲音傳回給醫(yī)生，有了這種機(jī)器人，醫(yī)生在任何地方只要利用一臺(tái)筆記本電腦和互聯(lián)網(wǎng)，就可以遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人為病人提供治療服務(wù)。2美國(guó)軍方為戰(zhàn)爭(zhēng)中下半身受傷而不能行走的士兵設(shè)計(jì)出了一款新型助殘機(jī)

25、器人，如圖8所示，它可以直接將用戶(hù)的下半身緊緊圍攏起來(lái)，以便更好的感知用戶(hù)臀部或其他位置的運(yùn)動(dòng)，從而提供更加靈敏的操控。</p><p>　　圖7 機(jī)器人醫(yī)生 圖8 助殘機(jī)器人</p><p>　　2.3.5 歐洲 </p><p>　　1德國(guó)的社會(huì)環(huán)境卻是有利于機(jī)器人工業(yè)發(fā)展的,因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)，導(dǎo)致勞動(dòng)力短缺，以及國(guó)民技術(shù)水平高，都是實(shí)現(xiàn)使用

26、機(jī)器人的有利條件。到了70年代中后期，政府采用行政手段為機(jī)器人的推廣開(kāi)辟道路,即對(duì)于一些有危險(xiǎn)、有毒、有害的工作崗位，必須以機(jī)器人來(lái)代替普通人的勞動(dòng)，這個(gè)計(jì)劃推動(dòng)了服務(wù)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。德國(guó)經(jīng)過(guò)近十年的努力，其服務(wù)機(jī)器人的研究和應(yīng)用方面在世界上處于公認(rèn)的領(lǐng)先地位：新一代機(jī)器人保姆Care-O-Bot3，如圖9所示，遍布全身的不計(jì)其數(shù)的傳感器、立體彩色照相機(jī)、激光掃描儀和三維立體攝像頭，讓它既能識(shí)別生活用品也能避免誤傷主人；它還具有聲控或

27、手勢(shì)控制有自我學(xué)習(xí)能力，還能聽(tīng)懂語(yǔ)音命令和看懂手勢(shì)命令。2法國(guó)不僅在機(jī)器人擁有量上居于世界前列，而且在機(jī)器人應(yīng)用水平和應(yīng)用范圍上處于世界先進(jìn)水平，這主要?dú)w功于法國(guó)政府一開(kāi)始就比較重視機(jī)器人技術(shù)，大力支持服務(wù)機(jī)器人研究計(jì)劃，并且建立起一個(gè)完整的科學(xué)技術(shù)體系，特別是把重點(diǎn)放在開(kāi)展機(jī)器人的應(yīng)用研究上。這款名為NAO的兩臺(tái)雙足智能機(jī)器人，如圖10所示，是法國(guó)阿德巴蘭機(jī)器人公司研制的，它具有討人喜歡的外形、溫柔的語(yǔ)音和25個(gè)靈活的關(guān)節(jié),能執(zhí)行多種

28、動(dòng)作指令。</p><p>　　圖9 機(jī)器人Care-O-Bot3 圖10 機(jī)器人NAO</p><p>　　3從70年代末開(kāi)始，英國(guó)政府推行并實(shí)施了一系列支持機(jī)器人發(fā)展的政策和措施，如廣泛宣傳使用機(jī)器人的重要性、在財(cái)政上給購(gòu)買(mǎi)機(jī)器人企業(yè)以補(bǔ)貼、積極促進(jìn)機(jī)器人研究單位與企業(yè)聯(lián)合等，使英國(guó)機(jī)器人開(kāi)始了在生產(chǎn)和服務(wù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用及大力研制的興盛時(shí)期。譬如：英國(guó)機(jī)器人研究公司(RM

29、)開(kāi)發(fā)的霹靂舞機(jī)器人MechRC，如圖11所示，既能在課堂上大顯身手，會(huì)幫助孩子們學(xué)數(shù)學(xué)、幾何、物理、設(shè)計(jì)和工程學(xué)，又能跳舞，因?yàn)檫@個(gè)機(jī)器人身上有著多個(gè)靈活的關(guān)節(jié)，通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)定好的程序，就能做出各種人類(lèi)的舞蹈動(dòng)作。4俄羅斯由于沒(méi)有國(guó)家發(fā)展服務(wù)機(jī)器人的統(tǒng)一規(guī)劃，有限的國(guó)家訂貨和市場(chǎng)需求使得俄羅斯機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展以科研和實(shí)驗(yàn)為主，以?xún)?chǔ)備技術(shù)，便于隨時(shí)根據(jù)市場(chǎng)需要制造出高質(zhì)量的機(jī)器人，當(dāng)前俄羅斯機(jī)器人的技術(shù)面臨的問(wèn)題是機(jī)器人技術(shù)的智能化程度

30、較低，需要不斷地增加功能、完善技術(shù)和提高質(zhì)量。今后，俄羅斯將重點(diǎn)發(fā)展檢查類(lèi)機(jī)器人和室內(nèi)外清掃和清潔機(jī)器人 。近幾年來(lái)，俄羅斯服務(wù)機(jī)器人技術(shù)上也取得可喜的成績(jī)：俄羅斯首次研制的人形機(jī)器人 “阿涅亞”利用了“新紀(jì)元”公司許多獨(dú)特的研究，如圖12所示，這款機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)和程序保障系統(tǒng)十分先進(jìn)，它們能</p><p>　　圖11 霹靂舞機(jī)器人 圖12 “阿涅亞”機(jī)器人</p><p

31、>　　3服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)</p><p>　　服務(wù)機(jī)器人技術(shù)在本質(zhì)上與所有其它類(lèi)型的機(jī)器人是相似的,其主要技術(shù)包括:</p><p>　　3.1 環(huán)境感知傳感器和信號(hào)處理方法</p><p>　　多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理就像人腦綜合處理信息的過(guò)程一樣，它充分地利用多個(gè)傳感資源，通過(guò)對(duì)各種傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時(shí)間上

32、的互補(bǔ)與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)則組合起來(lái)，產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)環(huán)境的一致性解釋和描述，多傳感器信息融合技術(shù)按照數(shù)據(jù)的抽象層次分類(lèi)可分為數(shù)據(jù)層融合、特征層融合和決策層融合三種。</p><p><b>　　3.2 智能控制</b></p><p>　　智能控制主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計(jì)算等，且逐漸成為成熟的控制思想。模糊控制源于模糊數(shù)學(xué)，或稱(chēng)弗晰數(shù)學(xué)，是研究如何表現(xiàn)和處

33、理模糊性現(xiàn)象的一個(gè)數(shù)學(xué)分支，模糊控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，從生物學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能為信息處理和推理、聯(lián)想和思維等高級(jí)的思想活動(dòng)，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是利用工程技術(shù)手段模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能的一種技術(shù)系統(tǒng)，它是一種大規(guī)模并行的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。</p><p>　　3.3 導(dǎo)航與定位</p><p>　　在服務(wù)

34、機(jī)器人系統(tǒng)中，自主導(dǎo)航是一項(xiàng)核心技術(shù)，是機(jī)器人研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。把人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和多傳感器融合技術(shù)相結(jié)合用于服務(wù)機(jī)器人的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，如圖13所示。</p><p>　　圖13 服務(wù)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)</p><p><b>　　3.4 路徑規(guī)劃</b></p><p>　　路徑規(guī)劃就是指在服務(wù)機(jī)器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目

35、標(biāo)狀態(tài)、可以避開(kāi)障礙物的路徑。路徑規(guī)劃方法大致可以分為傳統(tǒng)方法和智能方法：1傳統(tǒng)路徑規(guī)劃方法主要有以下幾種：自由空間法、圖搜索法、柵格解耦法、人工勢(shì)場(chǎng)法，在這幾種方法中，人工勢(shì)場(chǎng)法是傳統(tǒng)算法中較成熟且高效的規(guī)劃方法，它通過(guò)環(huán)境勢(shì)場(chǎng)模型進(jìn)行路徑規(guī)劃，但是沒(méi)有考察路徑是否最優(yōu)。2智能路徑規(guī)劃方法是將遺傳算法、模糊邏輯以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能方法應(yīng)用到路徑規(guī)劃中，來(lái)提高機(jī)器人路徑規(guī)劃的避障精度，加快規(guī)劃速度，滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要。其中應(yīng)用較多的算

36、法主要有模糊方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、Q學(xué)習(xí)及混合算法等，這些方法在障礙物環(huán)境已知或未知情況下均已取得一定的研究成果。把模糊控制和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相融合，形成的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制用于服務(wù)機(jī)器人的避障，以BP網(wǎng)絡(luò)作為機(jī)體，以基于模糊規(guī)則的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，采用CCD攝像機(jī)和多個(gè)超聲波測(cè)距傳感器，對(duì)服務(wù)機(jī)器人能夠避障進(jìn)行控制，如圖14所示。</p><p>　　圖14 服務(wù)機(jī)器人模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖</p>&l

37、t;p>　　4服務(wù)機(jī)器人的未來(lái)展望</p><p>　　服務(wù)機(jī)器人的開(kāi)發(fā)研究取得了舉世矚目的成果，未來(lái)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。</p><p>　　4.1人與機(jī)器人的融合</p><p>　　美國(guó)科學(xué)家正在研制的獨(dú)特機(jī)械控制假手臂，如圖15所示，可以通過(guò)“思維力”進(jìn)行控制。當(dāng)患者需要借助于機(jī)械手完成某種動(dòng)作時(shí)，他只要簡(jiǎn)單地想要

38、做什么即可，大腦發(fā)出的信號(hào)會(huì)刺激肌肉，相應(yīng)的電脈沖會(huì)被電極記錄，隨后信號(hào)會(huì)轉(zhuǎn)變成控制機(jī)械手臂的指令可以完成各種復(fù)雜動(dòng)作，其中包括拿住物體，它不僅能恢復(fù)患者的動(dòng)作效能，而且能感受到觸覺(jué)。據(jù)日本媒體報(bào)道，新開(kāi)發(fā)的裝置由頭盔狀的傳感器及測(cè)量記錄器構(gòu)成，如圖16所示，如果人設(shè)想使用左手的動(dòng)作，腦波及腦血流的變化便會(huì)參照事先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，使機(jī)器人舉起左手，該技術(shù)今后有可能運(yùn)用于家務(wù)機(jī)器人，幫助人們從事端菜、給植物澆水等家務(wù)和肢體殘疾或癱瘓人士。&l

39、t;/p><p>　　圖15 思維力控制假手臂 圖16 意念控制機(jī)器人</p><p>　　4.2 人工智能技術(shù)的全面應(yīng)用</p><p>　　各種機(jī)器學(xué)習(xí)算法的出現(xiàn)推動(dòng)了人工智能的發(fā)展，強(qiáng)化學(xué)習(xí)、蟻群算法、免疫算法等可以用到服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)中，使其具有類(lèi)似人的學(xué)習(xí)能力，以適應(yīng)日益復(fù)雜的、不確定和非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境。例如：1英國(guó)科學(xué)家研發(fā)出首名“機(jī)器人科學(xué)家”，如圖

40、17所示，這款機(jī)器人能獨(dú)立推理、把理論公式化乃至探索科學(xué)知識(shí)，堪稱(chēng)人工智能領(lǐng)域一大突破?！皺C(jī)器人科學(xué)家”將來(lái)可以投身于解開(kāi)生物學(xué)謎題、研發(fā)新藥、了解宇宙等研究領(lǐng)域。2英國(guó)的一種具有語(yǔ)言學(xué)習(xí)能力的類(lèi)人型機(jī)器人，如圖18所示，即將問(wèn)世，研究者的目標(biāo)是：機(jī)器人將來(lái)能夠?qū)φZ(yǔ)言進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，以及在社會(huì)化環(huán)境中向他人學(xué)習(xí)，并且把這種語(yǔ)言能力轉(zhuǎn)化為自主化學(xué)習(xí)和處理問(wèn)題的能力，并且與周?chē)h(huán)境互動(dòng)，將來(lái)有可能使機(jī)器人掌握更多的自主性能力。</p&g

41、t;<p>　　圖17 機(jī)器人科學(xué)家 圖18機(jī)器人iCub</p><p>　　4.3傳感器技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　未來(lái)機(jī)器人傳感器技術(shù)的研究，除不斷改善傳感器的精度和可靠性外，對(duì)傳感信息的高速處理、自適應(yīng)多傳感器融合和完善的靜、動(dòng)態(tài)標(biāo)定測(cè)試技術(shù)也將成為機(jī)器人傳感器研究和發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。未來(lái)機(jī)器人傳感器研究包括多智能傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)、虛

42、擬傳感器技術(shù)和臨場(chǎng)感技術(shù)。</p><p>　　4.4服務(wù)機(jī)器人的人性化　</p><p>　　技術(shù)進(jìn)步將允許在未來(lái)幾年克服當(dāng)前這些技術(shù)（開(kāi)放空間的導(dǎo)航、學(xué)習(xí)能力和智力行為、多傳感器融合和允許對(duì)所有不同類(lèi)型任務(wù)進(jìn)行高效處理的處理器等）的限制，設(shè)計(jì)和使用功能日益強(qiáng)大的機(jī)器人，集成技術(shù)將允許超越由于材料、技術(shù)等形成的目前限制，日本專(zhuān)家預(yù)測(cè)，在2013年到2027年之間，智能機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展將允

43、許機(jī)器人會(huì)保留和重復(fù)使用以前已獲得的技能和技術(shù)，如表1所示，人和機(jī)器人的交流將變得更加的簡(jiǎn)單化了。</p><p>　　表1 日本專(zhuān)家對(duì)服務(wù)機(jī)器人技術(shù)的預(yù)測(cè) </p><p><b>　　5結(jié)論</b></p><p>　　隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)力的不斷提高，服務(wù)型機(jī)器人類(lèi)型將不斷得到細(xì)化，分工更加明

44、確，智能化程度也將不斷提高。雖然我國(guó)對(duì)服務(wù)機(jī)器人的研究相對(duì)其他國(guó)家起步很晚，但國(guó)家對(duì)此非常重視，我國(guó)和其他國(guó)家的技術(shù)差距也將不斷縮小。雖然不同國(guó)家的服務(wù)機(jī)器人會(huì)因?yàn)椴煌厣a(chǎn)生不同的發(fā)展，但在服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)上技術(shù)差距將不斷拉近。并且隨著時(shí)代的發(fā)展，服務(wù)型機(jī)器人也將會(huì)逐漸普及應(yīng)用，智能化程度也將不斷提高。同時(shí)服務(wù)型機(jī)器人也將使得操控變得更加簡(jiǎn)易便利，人性化程度的提高也會(huì)使得人機(jī)互動(dòng)更加普及，并且在服務(wù)型機(jī)器人大范圍普及應(yīng)用的同時(shí)也

45、將更加快速的促進(jìn)服務(wù)型機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1]Antonio López Peláez，Dimitris．uRobots，genes and bytes technology development and social changes towards the year 2020

46、[J]．Technological Forecasting & Social Change，2008,（75）：1176–1201．</p><p>　　[2]張毅，羅元，鄭太雄．移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007．</p><p>　　[3]金周英．關(guān)于我國(guó)智能機(jī)器人發(fā)展的幾點(diǎn)思考 [J]．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001,（4）：5-7．</p>