服務機器人的應用領域

1、8得分評卷教師哈爾濱遠東理工學院電氣工程概論題 目：服務機器人的應用領域姓 名：趙啟飛分 院：機器人科學與技術學院專 業(yè) 電氣工程及其自動化學 號：12160319二一五年六月二十八日服務機器人的應用領域、引言機器人技術作為20世紀人類最偉大的發(fā)明之一，自問世以來，就一直備受矚目。40余年來，有關它的研究取得了長足的進展。各種形態(tài)、功能的機器人相繼面 世，而未來的機器人將是一種能夠代替人類在非結構化環(huán)境下從事危險、復雜勞動 的自動化機器，是集機械學、力學、電子學、生物學、控制論、計算機、人工智能和系統(tǒng)工程等多學科知識于一身的高新技術綜合體。正是由于機器人在多方面應用的可能性，才使得機器人在財會

2、方面也是可以取得成就的。本文擬就機器人的現(xiàn)狀與發(fā)展前景，探討機器人發(fā)展的多方面可能性。你初印象中的機器人是什么樣子的呢？是不是說一個長的像機器人樣子的玩意 就是 機器人呢？其實說起機器人，我們頭腦里馬上會聯(lián)想到那些會唱歌跳舞干工 作而且 有頭有手的小東西。其實那只是機器人的狹意理解。人們提出來機器人的定義是能 夠感知環(huán)境，能夠有學習、情感和對外界一種邏輯判斷思維的這種機 器。人們提出 來機器人的定義是能夠感知環(huán)境，能夠有學習、情感和對外界一種邏輯判斷思維的 這種機器。可以說與人類類比的話，機器人的完整意義應該是一種可以代替人進行 某種工作的智能程序化及自動化設備。二、發(fā)展那什么是服務機器人呢？

3、服務機器人是機器人家族中的一個年輕成員，到目前為止尚沒有一個嚴格的定義。不同國家對服務機器人的認識不同。大致分為幾種 類型；護士助手、腦外科機器人、口腔修復機器人、進入血管機器人、智能輪椅、 爬纜索機器人、外清洗機器人、消防機器人可以分為專業(yè)領域隨著人們生活水平的提高，對服務行業(yè)的要求也越高，所以服務機器人的發(fā)展也 在加速進行服務機器人是機器人家族中的一個年輕成員, 服務機器人和個人/家庭服務機器人，服務機器人的應用范圍很廣，主要從事維 護保 養(yǎng)、修理、運輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護等工作。數(shù)據(jù)顯示，目前，世界上至少有48個國家在發(fā)展機器人，其中25個國家已涉 足服務型機器人開發(fā)。在日本、北美和

4、歐洲，迄今已有7種類型計40余款服 務型機 器人進入實驗和半商業(yè)化應用。近年來，全球服務機器人市場保持較快的增長速度，根據(jù)國際機器人聯(lián)盟的數(shù) 據(jù)，2010年全球專業(yè)領域服務機器人銷量達13741臺，同比增長4%銷售額 為320 億美元，同比增長15%;個人/家庭服務機器人銷量為220萬臺，同比增長35%銷售額 為5.38億美元，同比增長39%另外一個方面，全球人口的老齡化帶來大量的問題，例如對于老齡人的看護, 以及醫(yī)療的問題，這些問題的解決帶來大量的財政負擔。由于服務機器人所具有的 特點使之能夠顯著的降低財政負擔。因而服務機器人能夠被大量的應用。我國在服務機器人領域的研發(fā)與日本、美國等國家相比

5、起步較晚。在國家863計并取劃的支持下，我國在服務機器人研究和產(chǎn)品研發(fā)方面已開展了大量工作,三、安、得了一定的成績，如哈爾濱工業(yè)大學研制的導游機器人、迎賓機器人、清掃機器 人 等;華南理工大學研制的機器人護理床；中國科學院自動化研究所研制的智能輪椅 等。簡介服務機器人的應用范圍很廣，主要從事維護保養(yǎng)、修理、運輸、清洗、保 救援、監(jiān)護等工作。國際機器人聯(lián)合會經(jīng)過幾年的搜集整理，給了服務機 器人 一個初步的定義：服務機器人是一種半自主或全自主工作的機器人， 它能完 成有意于人類健康的服務工作，但不包括從事生產(chǎn)的設備。這里，我們把其它一些 貼近人們生活的機器人也列入其中。除割草機器人外，到1999年

6、底世界裝備的服務機器人幾乎都是行業(yè)用的機器 人。這些專用機器人的主要應用領域有：醫(yī)用機器人，多用途移動機器人平臺，水 下機器人及清潔機器人。1999年末，世界全部服務機器人至少為6600臺，其中家用機器人有3000臺， 約占50%水下機器人及醫(yī)用機器人分別占14%青潔機器人占6%其他所有機器人 占23%預計20002003年服務機器人總量將增加到49,400臺，其中40,000臺是家用 機器人(除真空吸塵機器人外)，5000臺是醫(yī)用機器人。家用真空吸塵機 器人2000 年底將進入市場，如果價格合理，2003年的銷售量可能達到25萬臺以上。家用機器人的總銷售量預計將超過30萬臺，它表明服務機器人

7、市場即將進入一 個嶄新的階段。從需求及設備現(xiàn)有的技術水平方面來看，殘疾人用的機器人還沒有達到人們 預期的目標。未來10年，助殘機器人肯定會成為服務機器人的一個關鍵的領域。許 多重要的研究機構正在集中力量開發(fā)這類機器人。就服務機器人的總體來看，普及方面的主要困難一個是價格問題；另一個是，用戶對機器人的益處、效率及可靠性不十分了解。四、主要類型研制其用來為病人看病，護理病人和協(xié)助病殘人員康復的機器人能夠極大地 改 善傷殘疾病人員的狀態(tài)，以及改善癱疾者(包括下肢及其四肢癱疾者)和被截 肢者的 生活條件。醫(yī)用機器人以用于以下幾個方面；(1)診斷機器人，即時配備有醫(yī)療專家的系統(tǒng)的機器人。(2)護理機器人

8、，是一些具有豐富的護理經(jīng)驗的機器人護士或護師、(3)傷殘康復機器人。包括假肢，畸形以及遙控等技術。(4)家用機器人，機器人已進入家庭和辦公室。用于代替從事清潔、洗刷、守 衛(wèi)、煮飯、照料小孩、接待、接電話打印文件等。酒店售貨和餐廳服務等機器人這 些不再是夢想。(5)娛樂機器人、包括文娛機器人和體育機器人。護士助手看到現(xiàn)在世界上有這么多形形色色的機器人，你也許會問世界上第一臺真正 意 義上機器人是誰發(fā)明的呢？發(fā)明第一臺機器人的正是享有“機器人之父”美譽的恩格爾伯格先生。“護士助手”是自主式機器人，它不需要有線制導，也不需要事先作計劃，一 旦編好程序，它隨時可以完成以下各項任務：運送醫(yī)療器材和設備，

9、為病人送 飯， 送病歷、報表及信件，運送藥品，運送試驗樣品及試驗結果，在醫(yī)院內部送 郵件及 包裹。該機器人由行走部分、行駛控制器及大量的傳感器組成。機器人可以在醫(yī)院中自 由行動，其速度為0.7米/秒左右。機器人中裝有醫(yī)院的建筑物地圖，在確 定目的地 后機器人利用航線推算法自主地沿走廊導航，由結構光視覺傳感器及全方位超聲波傳感器可以探測靜止或運動物體，并對航線進行修正。它的全方位觸 覺 傳感器保證機器人不會與人和物相碰。車輪上的編碼器測量它行駛過的距離。在走 廊中，機器人利用墻角確定自己的位置，而在病房等較大的空間時、它可利用天花 板上的反射帶，通過向上觀察的傳感器幫助定位。需要時它還可以開門。

10、在多層建 筑物中，它可以給載人電梯打電話，并進入電梯到所要到的樓層。緊急情況下，例 如某一外科醫(yī)生及其病人使用電梯時，機器人可以停下來，讓開路，2分鐘后它重新 啟動繼續(xù)前進。通過“護士助手”上的菜單可以選擇多個目的地，機器人有較大的 熒光屏及用戶友好的音響裝置，用戶使用起來迅捷方便。腦外科機器人2000年初春，來自黑龍江某大學的一位學生正平靜地躺在中國人民解放軍海 軍 總醫(yī)院手術臺上。她患有顱咽管瘤，4年前曾做過開顱手術，不幸的是現(xiàn)在腫瘤又復 發(fā)了，腫瘤壓迫視神經(jīng)使她雙眼視力下降，左眼視力0.02,右眼只有光感。此刻，醫(yī)生們正用先進的腦外科機器人系統(tǒng)為她實施手術定位。只見她的頭部貼有4個標志點

11、，由這4個標志點建立一個空間坐標系，CT機以不同的角度 為她 掃描，之后，醫(yī)生將9張CT圖片輸入計算機，屏幕上便顯示出三維的病灶 部位。醫(yī) 生在屏幕上確定手術的穿刺點和穿刺軌跡，5自由度的機器人對準穿刺點，然后自行 鎖定這一位置，為醫(yī)生搭建一個穩(wěn)固的操作平臺，醫(yī)生根據(jù)已標定的穿刺點進針和 實施相應手術。整個手術過程20分鐘。手術后，患者自己下床、穿鞋、走出手術 室。三天后，患者出院了，雙眼視力均恢復到0.9o口腔修復機器人基于機器人可以實現(xiàn)排牙的任意位置和姿態(tài)控制。 利用口腔修復機器人相當 于快速培養(yǎng)和造就了一批高級口腔修復醫(yī)療專家和技術員。 利用機器人來代替手 工排牙，不但比口腔醫(yī)療專家更精

12、確地以數(shù)字的方式操作，同時還能避免專家因疲勞、情緒、疏忽等原因造成的失誤。這將使全口義齒的設計與制作進入到既能滿 足無牙頜患者個體生理功能及美觀需求，又能達到規(guī)范化、標準化、自動化、工業(yè) 化的水平，從而大大提高其制作效率和質量。 智能輪椅機器人輪椅主要有口令識別與語音合成、機器人自定位、動態(tài)隨機避障、多 傳感 器信息融合、實時自適應導航控制等功能。機器人輪椅關鍵技術是安全導航問題，采用的基本方法是靠超聲波和紅外測 距，個別也采用了口令控制。超聲波和紅外導航的主要不足在于可控測范圍有限， 視覺導航可以克服這方面的不足。在機器人輪椅中，輪椅的使用者應是整個系統(tǒng)的 中心和積極的組成部分。對使用者來說

13、，機器人輪椅應具有與人交互的功能。這種 交互功能可以很直觀地通過人機語音對話來實現(xiàn)。盡管個別現(xiàn)有的移動輪椅可用簡單的口令來控制，但真正具有交互功能的移動機器人和輪椅尚不多見。爬纜 索機器人該機器人系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是機器人本體，一部分是機器人小車。機器 人本體可以沿各種傾斜度的纜索爬升，在高空纜索上自動完成檢查、打磨、清洗、 去靜電、底涂和面涂及一系列的維護工作。機器人本體上裝有CCD攝像機，可隨時 監(jiān)視工作情況。另一部分地面小車，用于安裝機器人本體并向機器人本體 供應水、涂料，同時監(jiān)控機器人的高空工作情況。機器人具有以下功能: 沿索爬升功能機器人可沿任意傾斜度的纜索爬升，可爬升的纜索標

14、高為160米，纜索傾斜度 0-90(,可適應的纜索直徑為90-200毫米，機器人爬升速度為8米/秒。纜索檢測功能機器人上裝有鋼絲繩檢測系統(tǒng)，可沿纜索檢測鋼絲是否有斷絲，以便及時更 換纜 索。纜索清洗功能在機器人本體上配備有各種形狀的清洗刷和特定的水基清洗液，可完成纜索 去塵、脫脂和去聚乙烯表面靜電等工作。具有一定智能機器人具有良好的人機交互功能，在高空可以判斷是否到頂、風力大小等一些環(huán) 境情況，并實施相應的動作。戶外清洗機器人該機器人由機器人本體和地面支援機器人小車兩大部分組成。機器人本體是沿著玻璃壁面爬行并完成擦洗動作的主體，重25公斤，它可以根據(jù)實際環(huán)境情 況靈 活自如地行走和擦洗，而且具

15、有很高的可靠性。地面支援小車屬于配套設備，在機 器人工作時，負責為機器人供電、供氣、供水及回收污水，它與機器人之間通過管 路連接。面壁清洗機器人目前我國從事大樓清洗機器人研究的還有哈爾濱工業(yè)大學和上海大學等，他們也都有了自己的產(chǎn)品。大樓清洗機器人是以爬壁機器人為基礎開發(fā)出來的，它只是爬壁機器人的用 途之一。爬壁機器人有負壓吸附和磁吸附兩種吸附方式,大樓擦窗機器人采用的是負壓吸附方式。磁吸附爬壁機器人也已在我國問世，并已在大慶油田得到了應 用。消防機器人面對無情的火災，公安部上海消防研究所、上海交通大學、上海市消防局共同制 定了研制消防機器人的計劃。經(jīng)過3年的研究，我國第一臺消防機器人已經(jīng) 誕生

16、。 消防機器人可以行走、爬坡、跨障、噴射滅火，可以進行火場偵察。遙控消防機器人1986年第一次使用了這種機器人。當消防人員難于接近火災現(xiàn)場滅火時，或 有 爆炸危險時，便可使用這種機器人。這種機器人裝有履帶，最大行駛速度可達10公 里/小時，每分鐘能噴出5噸水或3噸泡沫。噴射滅火機器人這種機器人于1989年研制成功，屬于遙控消防機器人的一種，用于在狹窄 的通 道和地下區(qū)域進行滅火。機器人高45厘米，寬74厘米，長120厘米。它由噴氣式 發(fā)動機或普通發(fā)動機驅動行駛。當機器人到達火災現(xiàn)場時，為了撲滅火焰，噴嘴將 水流轉變成高壓水霧噴向火焰。消防偵察機器人消防偵察機器人誕生于1991年，用于收集火災現(xiàn)

17、場周圍的各種信息，并在 有濃 煙或有毒氣體的情況下，支援消防人員。機器人有4條履帶，一只操作臂和9種采集 數(shù)據(jù)用的采集裝置，包括攝像機、熱分布指示器和氣體濃度測量儀。攀登營救機器人攀登營救機器人于1993年第一次使用。當高層建筑物的上層突然發(fā)生火災時， 機器人能夠攀登建筑物的外墻壁去調查火情，并進行營救和滅火工作。該機器人能沿著從建筑物頂部放下來的鋼絲繩自己用絞車向上提升，然后它可以利用 負壓吸盤在建筑物上自由移動。這種機器人可以爬 70米高的建筑物。救護機器人救護機器人于1994年第一次投入使用。這種機器人能夠將受傷人員轉移到安全 地帶。機器人長4米，寬1.74米，高1.89米，重3860公斤。它裝有橡膠履 帶，最 高速度為4公里/小時。它不僅有信息收集裝置，如電視攝像機、易燃氣體檢測儀、 超聲波探測器等；還有2只機械手，最大抓力為90公斤。機械手可將受傷人員舉起 送到救護平臺上，在那里可以為他們提供新鮮空氣。機器人是人類的得力助手，能友好相處的可靠朋友，將來我們會看到人和機器人 會存在一