服务机器人的发展对未来人类生活的影响

服务机器人的发展对未来人类生活的影响 摘要：机器人技术经过半个世纪的发展，已成为现今社会中不可替代的组成部 分。传统工业机器人成为了提高生产效率、降低人力成本的智能化工具，而随着 全球人口老龄化加重、劳动力成本飙升等社会问题，服务机器人已越来越受到国 内外学术、产业界的高度重视。关键字：服务机器人 发展 未来当今社会，机器人的发展与应用已经成为了时代发展的潮流，各种各样的机 器人如雨后春笋般进入人们都生活，其中与普通人联系最为紧密的无疑是服务机 器人。（一）服务机器人的定义进入20 世纪90 年代以来，由于许多高级生产和特种应用需要各种具有智能 化的机器人参与，加之互联网的飞速发展促生了许多新型现代服务行业，这就把 机器人产业的下一轮大发展很显然地导向了智能化、服务化的发展道路中来。那 么，在众多机器人之中，服务机器人是如何界定的呢？国际机器人联合会（IFR） 给了服务机器人一个初步的定义: 服务机器人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的服务工作。其实从上世纪80 年代开始，服务机器 人的身影已出入医院、军队、科研院所等机构，只是普通公众未必注意而已。近 年来，各类服务机器人已频频亮相，人们已对其不再陌生，如各类博物馆中的导 览服务机器人，银行大厅里的迎宾取号机器人，餐厅里的点餐机器人等。有些服 务机器人我们肯定见过，只是未意识到它是个机器人，最典型的例子就是使用广 泛的扫地机器人、保姆看护机器人等，它们的作用有目共睹。（二）服务机器人的分类一. 护士助手机器人护士助手机器人是自主式机器人，它不需要有线制导，也不需要事先作计划， 一旦编好程序，它随时可以完成以下各项任务：运送医疗器材和设备，为病人送 饭，送病历、报表及信件，运送药品，运送试验样品及试验结果，在医院内部送 邮件及包裹。该机器人由行走部分、行驶控制器及大量的传感器组成。机器人可以在医院 中自由行动，其速度为0.7米/秒左右。机器人中装有医院的建筑物地图，在确 定目的地后机器人利用航线推算法自主地沿走廊导航，由结构光视觉传感器及全 方位超声波传感器可以探测静止或运动物体，并对航线进行修正。它的全方位触 觉传感器保证机器人不会与人和物相碰。车轮上的编码器测量它行驶过的距离。 在走廊中，机器人利用墙角确定自己的位置，而在病房等较大的空间时，它可利 用天花板上的反射带，通过向上观察的传感器帮助定位。需要时它还可以开门。 在多层建筑物中，它可以给载人电梯打电话，并进入电梯到所要到的楼层。紧急 情况下，例如某一外科医生及其病人使用电梯时，机器人可以停下来，让开路，2分钟后它重新启动继续前进。通过“护士助手”上的菜单可以选择多个目的地, 机器人有较大的荧光屏及用户友好的音响装置，用户使用起来迅捷方便。外科手术机器人第一代手术机器人已经用于世界各地的许多手术室中。这些机器人不是真正的自 动化机器人，它们不能自已进行手术，但是它们向手术提供了有用的机械化帮助。 这些机器仍然需要外科医生来操作它们并对其输入指令。这些手术机器人的控制 方法是远程控制和语音启动。口腔修复机器人二. 口腔修复机器人这是一个由计算机和机器人辅助设计、制作全口义齿人工牙列的应用试验系 统。该系统利用图像、图形技术来获取生成无牙颌患者的口腔软硬组织计算机模 型，利用自行研制的非接触式三维激光扫描测量系统来获取患者无牙颌骨形态的 几何参数，采用专家系统软件完成全口义齿人工牙列的计算机辅助统计。另外， 发明和制作了单颗塑料人工牙与最终要完成的人工牙列之间的过渡转换装置 可调节排牙器。基于机器人可以实现排牙的任意位置和姿态控制。利用口腔修复机器人相当 于快速培养和造就了一批高级口腔修复医疗专家和技术员。利用机器人来代替手 工排牙，不但比口腔医疗专家更精确地以数字的方式操作，同时还能避免专家因 疲劳、情绪、疏忽等原因造成的失误。这将使全口义齿的设计与制作进入到既能 满足无牙颌患者个体生理功能及美观需求，又能达到规范化、标准化、自动化、 工业化的水平，从而大大提高其制作效率和质量。三. 进入血管机器人美国斯坦福大学的现代超微物理学专家本杰明金博士作了这样的描述： “未来人们将研制出高度智能化的人造跳蚤、蜘蛛等动物。它们集超微型电脑、 驱动器、传动装置、传感器、电源等于一体，成为人类十分独特、而且非常得力 的助手。它们将广泛应用于医疗、农业、工业、航天、军事等各个领域。除了人 们津津乐道的注入血管清除毒物的功能外，在外科手术上还可用微马达来缝合神 经、微血管、眼球等；还可用它来深入人体内脏，如肾、心脏等作检查。将成千 上万个“跳蚤”机器人搬入农田，消灭害虫，使农业丰收，又防止了因使用农药 造成的环境污染。”四智能轮椅随着社会的发展和人类文明程度的提高，人们特别是残疾人愈来愈需要运用 现代高新技术来改善他们的生活质量和生活自由度。因为各种交通事故、天灾人 祸和种种疾病，每年均有成千上万的人丧失一种或多种能力（如行走、动手能力 等）。因此，对用于帮助残障人行走的机器人轮椅的研究已逐渐成为热点，如西 班牙、意大利等国，中国科学院自动化研究所也成功研制了一种具有视觉和口令 导航功能并能与人进行语音交互的机器人轮椅。机器人轮椅主要有口令识别与语音合成、机器人自定位、动态随机避障、多 传感器信息融合、实时自适应导航控制等功能。五爬缆索机器人机器人可沿任意倾斜度的缆索爬升，可爬升的缆索标高为160米，缆索倾斜 度090(,可适应的缆索直径为90200毫米，机器人爬升速度为8米/秒。缆 索检测功能：机器人上装有钢丝绳检测系统，可沿缆索检测钢丝是否有断丝，以 便及时更换缆索。缆索清洗功能：在机器人本体上配备有各种形状的清洗刷和特定的水基清洗液，可完成缆索去尘、 脱脂和去聚乙烯表面静电等工作。具有一定智能：机器人具有良好的人机交互功 能，在高空可以判断是否到顶、风力大小等一些环境情况，并实施相应的动作。六户外清洗机器人该机器人由机器人本体和地面支援机器人小车两大部分组成。机器人本体是 沿着玻璃壁面爬行并完成擦洗动作的主体，重25公斤，它可以根据实际环境情 况灵活自如地行走和擦洗，而且具有很高的可靠性。地面支援小车属于配套设备， 在机器人工作时，负责为机器人供电、供气、供水及回收污水，它与机器人之间 通过管路连接。目前我国从事大楼清洗机器人研究的还有哈尔滨工业大学和上海大学等，他 们也都有了自己的产品。大楼清洗机器人是以爬壁机器人为基础开发出来的，它只是爬壁机器人的用 途之一。爬壁机器人有负压吸附和磁吸附两种吸附方式，大楼擦窗机器人采用的 是负压吸附方式。磁吸附爬壁机器人也已在我国问世，并已在大庆油田得到了应 用。消防机器人七.遥控消防机器人1986年第一次使用了这种机器人。当消防人员难于接近火灾现场灭火时， 或有爆炸危险时，便可使用这种机器人。这种机器人装有履带，最大行驶速度可 达10公里/小时，每分钟能喷出5吨水或3吨泡沫。1. 喷射灭火机器人这种机器人于1989年研制成功，属于遥控消防机器人的一种，用于在狭窄 的通道和地下区域进行灭火。机器人高45厘米，宽74厘米，长120厘米。它由 喷气式发动机或普通发动机驱动行驶。当机器人到达火灾现场时，为了扑灭火焰， 喷嘴将水流转变成高压水雾喷向火焰。2消防侦察机器人消防侦察机器人诞生于1991年，用于收集火灾现场周围的各种信息，并在 有浓烟或有毒气体的情况下，支援消防人员。机器人有4条履带，一只操作臂和 9种采集数据用的采集装置，包括摄像机、热分布指示器和气体浓度测量仪。3.攀登营救机器人攀登营救机器人于1993年第一次使用。当高层建筑物的上层突然发生火灾 时，机器人能够攀登建筑物的外墙壁去调查火情，并进行营救和灭火工作。该机 器人能沿着从建筑物顶部放下来的钢丝绳自己用绞车向上提升，然后它可以利用 负压吸盘在建筑物上自由移动。这种机器人可以爬70米高的建筑物。4.救护机器人救护机器人于1994年第一次投入使用。这种机器人能够将受伤人员转移到 安全地带。机器人长4米，宽1.74米，高1.89米，重3860公斤。它装有橡胶履 带，最高速度为4公里/小时。它不仅有信息收集装置，如电视摄像机、易燃气 体检测仪、超声波探测器等；还有2只机械手，最大抓力为90公斤。机械手可 将受伤人员举起送到救护平台上，在那里可以为他们提供新鲜空气。（三）服务机器人发展现状服务机器人将何去何从？这关系到一系列人口、劳动成本等社会问题。截至 2014 年底，我国60 岁以上的老龄人口已达2.12 亿劳动力人口所占比重正在逐 年下滑，人口红利正快速消失，严重威胁我国经济的可持续发展，而服务机器人 将成为解决这些问题的途径之一。人们期待着未来能生产出稳定性高、实用性强、 价格低廉的服务机器人走进千家万户，服务于公众。根据国际机器人联盟的数据， 2014 年全球专业领域服务机器人销量达22163 台，与2010 年相比翻了一番。2044年全球服务机器人销量同比增长率专业服务机器人个人服务机器人医用服务机器人家用服务机器人增长率8.3%27.2%2.9%12.9%（四）未来服务机器人发展趋势及关键技术可以预见，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、标准化、体系化、普及化、社会化、时代化、 多 元化等特点。我国要在未来服务机器人市场占领至高点，除了自身发展环境之外， 还需在与服务机器人相关的关键技术领域先拔头筹，引导发展趋势，才能最终占 得先机。1.智能认知与感知技术 目前人工智能领域里的主要突破点是智能认知与感知，它是是机器人与人、机器 人与环境进行交互的基础。国外一些研究机构将机器视觉、超声、激光雷达等多 传感器进行了信息融合，以期得到机器人在未知复杂环境下的姿态信息。未来智 能认知与感知主要针对大量数据有效分类、归纳，提取可靠有效信息，并结合人 工智能的发展及高效能计算能力的实现，为服务机器人的智能化发展提供基础保 障。2. 新材料应用 材料学的不断发展，使得一些性能超群的用材不断涌现，它们具有比传统材料更 为优异的性能。如一种新型的形状记忆合金SMA，其电阻会随着温度的变化而改 变，导致合金变形，可用来执行驱动动作，完成传感和驱动功能。这将会使得现 有的传感和驱动模式发生巨大变化，将来会出现一些类似生物肌肉的驱动方式， 使得服务机器人的活动更具灵活性。3. 复杂动力控制技术 随着人类探索空间的扩大及对任务需求的提高，未来服务机器人的工作环境将是 复杂多变的，高动态性、高适应性、高负载能力是服务机器人发展的方向之一。 然而由于高负载势必会造成机械内部摩擦等非线性因素的放大，传统动力学将再 不适合这种控制方式。因此，研究复杂动力控制技术将成为决定未来服务机器人 动态性能的关键因素。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。（五）未来服务机器人对生活的影响毫无疑问，未来我们的生活必定离不开服务机器人，服务机器人也必定会 涉及到我们生活的方方面面。在我们的家里，会有为我们打理一切家务事的管家机器人，端茶送水，打 扫卫生，所有的家务都不再需要我们动手，甚至连做饭都不再需要我们自己去做。 家里还会有保姆机器人，负责照顾孩子的生活起居和学习，甚至连哆啦A梦都不 再只是动漫里的人物。当我们出行时，会有智能的汽车，完全不需要我们来操控， 只需要我们说出目的地，车子便会自动选择最近的且交通状况最好的线路过去， 我们只需坐在车中，完全不用考虑违反交通规则和交通事故。当我们去医院的时 候，所有的一切都由机器人来完成，甚至连简单的治疗都不需要医生的参与，而 餐馆和酒店就更方便了，一切的一切都由机器人来服务所有的一切都会有机 器人的参与。服务机器人的大量应用必然会完全的改变人类现有的生活状态，让人们的 生活产生革命性的改变。服务机器人的开发与应用还需要我们不断的努力，贡献出我们的智慧与力 量。动力与机械学院 2015级机械一班 李雪龙参考文献1王俊卿.服务机器人竞争格局及未来发展趋势.R上海科技馆. 服务机器人百度百科.服务机器人分类机器人.百度百科.沈应龙.国际服务机器人产业的趋势与未来.上海市科学研究所.