服務(wù)機(jī)器人基礎(chǔ) 課件 項(xiàng)目2 認(rèn)識(shí)家用服務(wù)機(jī)器人

項(xiàng)目2認(rèn)識(shí)家用服務(wù)機(jī)器人目錄CONTENTES項(xiàng)目導(dǎo)入1學(xué)習(xí)目標(biāo)2知識(shí)鏈接3動(dòng)手實(shí)踐4項(xiàng)目評(píng)價(jià)5項(xiàng)目小結(jié)6項(xiàng)目習(xí)題7

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步以及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與成熟，家庭服務(wù)機(jī)器人將是繼個(gè)人計(jì)算機(jī)之后的一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，將是第三個(gè)以超規(guī)模速度走向家庭的產(chǎn)品，具有廣闊的市場(chǎng)空間。家用服務(wù)機(jī)器人，很重要的一個(gè)定義就是服務(wù)于人類，包括家務(wù)需求、小孩教育陪伴等，它面向千家萬戶，需求市場(chǎng)十分廣闊。【項(xiàng)目導(dǎo)入】1.了解個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人的分類。2.了解工具型機(jī)器人的典型案例和應(yīng)用。3.了解教育型機(jī)器人的典型案例和應(yīng)用。4.了解開源人形雙足教育機(jī)器人的基本功能。5.能夠簡(jiǎn)單操作開源人形雙足教育機(jī)器人?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】【知識(shí)鏈接】2.1個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介2.1.1定義與分類個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人是能夠代替人類完成家庭及個(gè)人服務(wù)工作的機(jī)器人。它包括行進(jìn)裝置、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行裝置、存儲(chǔ)裝置、交互裝置和服務(wù)功能裝置等。使用這類機(jī)器人通常不需要用戶具備機(jī)器人相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和技能。教育教學(xué)助老助殘情感陪伴智能家居數(shù)字娛樂健康醫(yī)療文化體育家用服務(wù)機(jī)器人根據(jù)使用用途和應(yīng)用場(chǎng)景家政機(jī)器人

娛樂機(jī)器人

安防監(jiān)控機(jī)器人

個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人分類根據(jù)使用用途和應(yīng)用場(chǎng)景的不同，個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人可分為家政、教育、娛樂、養(yǎng)老助殘、安防監(jiān)控機(jī)器人等。根據(jù)功能細(xì)分和用戶需求的不同，又可將其分為工具型服務(wù)機(jī)器人和教育型服務(wù)機(jī)器人。【知識(shí)鏈接】2.1個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介2.1.1定義與分類個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人是能夠代替人類完成家庭及個(gè)人服務(wù)工作的機(jī)器人。它包括行進(jìn)裝置、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行裝置、存儲(chǔ)裝置、交互裝置和服務(wù)功能裝置等。使用這類機(jī)器人通常不需要用戶具備機(jī)器人相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和技能。按照智能化程度和用途的不同，目前的個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人還可以分為初級(jí)小家電類機(jī)器人、幼兒早教類機(jī)器人、和人機(jī)互動(dòng)式個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人。初級(jí)小家電類機(jī)器人幼兒早教類機(jī)器人按照智能化程度和用途的不同人機(jī)互動(dòng)式個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人【知識(shí)鏈接】2.1個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介2.1.2發(fā)展概況中國(guó)在20世紀(jì)90年代中后期開始研究服務(wù)機(jī)器人技術(shù)，并在政策扶持和信息技術(shù)、人工智能技術(shù)的推動(dòng)下迅速發(fā)展。家庭服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)在2005年前后初具規(guī)模，自2011年以來，國(guó)內(nèi)家庭服務(wù)機(jī)器人企業(yè)數(shù)量逐漸增加，截至2021年6月底已達(dá)到355家。目前，國(guó)內(nèi)家庭服務(wù)機(jī)器人包括掃地機(jī)器人、炒菜機(jī)器人、教育機(jī)器人、家庭陪伴機(jī)器人和智能玩具機(jī)器人等各種類型。1999年：日本索尼公司推出寵物機(jī)器人愛寶2002年：美國(guó)IRobot公司推出了家用清潔機(jī)器人Rcombam2004年，韓國(guó)的SK公司推出安保機(jī)器人Mastitech國(guó)外國(guó)內(nèi)20世紀(jì)90年代中后期起步階段2005年前后至今快速發(fā)展階段1.發(fā)展歷程【知識(shí)鏈接】2.1個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介2.1.2發(fā)展概況近年來，受國(guó)家政策支持、居民收入增加、社會(huì)需求擴(kuò)大和相關(guān)技術(shù)進(jìn)步等因素影響，中國(guó)家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)迅速發(fā)展，市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。據(jù)《2021年中國(guó)家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)研究報(bào)告》顯示，中國(guó)家庭服務(wù)機(jī)器人的滲透率僅為4.3%，2013年市場(chǎng)規(guī)模為9.6億元，而到2020年已增長(zhǎng)至114.6億元，復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)42.5%。家庭服務(wù)機(jī)器人已成為服務(wù)機(jī)器人行業(yè)中的重要品類。2.市場(chǎng)規(guī)模及增速中國(guó)家庭服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模變化情況（單位：億，%）數(shù)據(jù)來源：深圳市人工智能行業(yè)協(xié)會(huì)【知識(shí)鏈接】2.1個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介2.1.2發(fā)展概況為促進(jìn)家庭服務(wù)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展，國(guó)家出臺(tái)支持政策，如《中國(guó)制造2025》、《關(guān)于促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》、《關(guān)于促進(jìn)老年用品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》等政策。隨著中老年人口增加和社會(huì)老齡化，2030年全國(guó)養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)22.3萬億元。未來，國(guó)內(nèi)養(yǎng)老陪護(hù)機(jī)器人市場(chǎng)有望快速增長(zhǎng)，為人們提供更輕松、舒適的居家環(huán)境。家庭服務(wù)機(jī)器人或許將成為人們生活中的助手，類似于手機(jī)普及的情形。3.發(fā)展前景發(fā)布時(shí)間文件名稱相關(guān)內(nèi)容2015.05《中國(guó)制造2025》圍繞醫(yī)療健康、家庭服務(wù)、教育娛樂等服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用需求，積極研發(fā)新產(chǎn)品，促進(jìn)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，擴(kuò)大市場(chǎng)應(yīng)用。2016.12《關(guān)于促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》面向國(guó)家戰(zhàn)略需求和民生重大問題，創(chuàng)新支持政策和應(yīng)用模式，推動(dòng)服務(wù)機(jī)器人在助老助殘、醫(yī)療康復(fù)、應(yīng)急救援、公共服務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用示范，及時(shí)總結(jié)試點(diǎn)示范經(jīng)驗(yàn)并有序推廣。2017.07《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》攻克智能機(jī)器人核心零部件、專用傳感器，完善智能機(jī)器人硬件接口標(biāo)準(zhǔn)、軟件接口協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及安全使用標(biāo)準(zhǔn)。研制智能服務(wù)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用并進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。2019.10《制造業(yè)設(shè)計(jì)能力提升專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃（2019-2022年）》在機(jī)器人領(lǐng)域，重點(diǎn)突破系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)和伺服機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，多功能工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、特種機(jī)器人設(shè)計(jì)等。2019.12《關(guān)于促進(jìn)老年用品產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》支持智能交互、智能操作、多機(jī)協(xié)作等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，提升家庭服務(wù)機(jī)器人等適老產(chǎn)品的智能水平、實(shí)用性和安全性。2020.12《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)養(yǎng)老托育服務(wù)健康發(fā)展的意見》推進(jìn)智能服務(wù)機(jī)器人后發(fā)趕超，啟動(dòng)康復(fù)輔助器具應(yīng)用推廣工程，實(shí)施智慧老齡化技術(shù)推廣應(yīng)用工程，實(shí)施智慧老齡化技術(shù)推廣應(yīng)用工程，構(gòu)建安全便捷的智能化養(yǎng)老基礎(chǔ)設(shè)施體系2021.03《“十四五”規(guī)劃》應(yīng)用感應(yīng)控制、語音控制、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)手段，發(fā)展服務(wù)機(jī)器人等家庭服務(wù)機(jī)器人國(guó)家政策【知識(shí)鏈接】2.1個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介2.1.3核心技術(shù)家庭服務(wù)機(jī)器人的核心技術(shù)包括人機(jī)交互、導(dǎo)航及路徑規(guī)劃、多機(jī)器人協(xié)調(diào)、人工智能、云計(jì)算等，具體涉及語音、語義、處理器、算法、通訊、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等，以實(shí)現(xiàn)家庭服務(wù)機(jī)器人的自主性、適應(yīng)性、智能性。人機(jī)交互人工智能導(dǎo)航及路徑規(guī)劃多機(jī)器人協(xié)調(diào)云計(jì)算語音語義處理器算法通訊大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)【知識(shí)鏈接】2.1個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介2.1.3核心技術(shù)1.環(huán)境感知技術(shù)環(huán)境感知就是利用各種傳感器采集環(huán)境信息，并將信息傳輸給家庭服務(wù)機(jī)器人決策模塊進(jìn)行分析和處理的技術(shù)。環(huán)境感知技術(shù)為家庭服務(wù)機(jī)器人定位建圖、路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)控制提供依據(jù)。環(huán)境感知模塊構(gòu)成【知識(shí)鏈接】2.1個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介2.1.3核心技術(shù)2.定位建圖技術(shù)SLAM(simultaneouslocalizationandmapping)即同步定位與地圖構(gòu)建，指解決家庭服務(wù)機(jī)器人在未知環(huán)境中通過傳感器采集信息，確定自身具體位置和姿態(tài)并構(gòu)建其所探索環(huán)境的地圖，從而實(shí)現(xiàn)自主移動(dòng)的方法。SLAM是家庭服務(wù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自主化的重要技術(shù)。經(jīng)典SLAM框架【知識(shí)鏈接】2.1個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介2.1.3核心技術(shù)3.路徑規(guī)劃技術(shù)路徑規(guī)劃技術(shù)通過選擇最短或運(yùn)算時(shí)間消耗最短的路徑來避障。其核心問題是在一定約束條件下找到最優(yōu)解。根據(jù)環(huán)境信息已知程度的不同，路徑規(guī)劃可分為全局和局部?jī)煞N類型。全局路徑規(guī)劃是在已知環(huán)境信息下規(guī)劃行走路線，而局部路徑規(guī)劃是在未知或部分未知環(huán)境情況下規(guī)劃路線。目前，國(guó)內(nèi)家庭服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)主要以全局規(guī)劃類產(chǎn)品為主。不同路徑規(guī)劃比較類型全局路徑規(guī)劃局部路徑規(guī)劃區(qū)別完全知道環(huán)境信息完全未知或部分未知環(huán)境信息優(yōu)點(diǎn)對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算能力要求不高；規(guī)劃結(jié)果是全局的、較優(yōu)的對(duì)環(huán)境信息的誤差和變化魯棒性好缺點(diǎn)對(duì)環(huán)境信息的誤差和變化魯棒性差對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算能力要求高；規(guī)劃結(jié)果可能不是最優(yōu)的，甚至找不到正確路徑算法Dijkstra算法、A*算法、自由空間法、可視圖算法、單元分解法、快速隨機(jī)搜索樹算法等D*算法、動(dòng)態(tài)窗口法、LPA*算法、D*Lite算法、DDPG算法、TEB算法等【知識(shí)鏈接】2.1個(gè)人/家用服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介2.1.3核心技術(shù)4.人機(jī)交互技術(shù)人機(jī)交互技術(shù)是指人與計(jì)算機(jī)或機(jī)器設(shè)備通過觸控、語音、體感、腦機(jī)等方式進(jìn)行交流的技術(shù)，是家庭服務(wù)機(jī)器人和人工智能領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一。優(yōu)秀的人機(jī)交互設(shè)計(jì)可以提升家庭服務(wù)機(jī)器人的智能水平，改善用戶體驗(yàn)。聽覺交互視覺交互力觸覺交互主流交互方式語音識(shí)別觸摸感應(yīng)手勢(shì)識(shí)別表情識(shí)別人臉識(shí)別表情識(shí)別【知識(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.1掃地機(jī)器人簡(jiǎn)介掃地機(jī)器人是智能家電的一種，具備自主清潔能力，由清潔模塊和自主導(dǎo)航模塊組成。技術(shù)原理上類似于傳統(tǒng)吸塵器，可看作是家電領(lǐng)域中的超級(jí)智能吸塵器。掃地機(jī)器人【知識(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.2掃地機(jī)器人發(fā)展史【知識(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.2掃地機(jī)器人發(fā)展史1.第一代：掃地機(jī)器人的誕生伊萊克斯的“三葉蟲”

世界上第一臺(tái)量產(chǎn)型掃地機(jī)器人的原型出現(xiàn)于1996年，叫做“三葉蟲”

，因?yàn)榭崴乒糯锶~蟲，它是由瑞典家電巨頭伊萊克斯（Electrolux）制造誕生的，機(jī)器后部采用單滾刷及無邊刷設(shè)計(jì)，擁有無電自動(dòng)回充防跌落的功能。初代機(jī)器速度慢且運(yùn)算速度不夠快，存在無法及時(shí)響應(yīng)信號(hào)的問題。第二代增加了紅外傳感器，但無下視探頭，只能水平規(guī)避障礙。市場(chǎng)反響不佳主要因價(jià)格高、機(jī)身厚重、清掃效率低等問題，難以普及?！局R(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.2掃地機(jī)器人發(fā)展史2002年，軍工機(jī)器人出身的iRobot發(fā)布了家用掃地機(jī)器人Roomba，采用隨機(jī)碰撞式的清潔模式。起初iRobot公司只生產(chǎn)了15000多臺(tái)，但是在發(fā)布會(huì)上就銷售了1萬多臺(tái)，于是同年圣誕節(jié)又追加生產(chǎn)了5萬臺(tái)，此后正式開啟了掃地機(jī)器人的發(fā)展爆發(fā)階段。Roomba的厚度低于12厘米以下，增加邊刷輔助清潔，對(duì)墻角的清潔能力有所提升，但隨機(jī)碰撞，覆蓋率低，吸力較弱。2.第二代：隨機(jī)式清掃時(shí)代Roomba掃地機(jī)器人【知識(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.2掃地機(jī)器人發(fā)展史2004年，美國(guó)iRobot公司推出了一款利用燈塔輔助定位的掃地機(jī)器人。燈塔發(fā)出信號(hào)被掃地機(jī)接收，從而判斷出自己和燈塔的距離，這在很大程度上改善了之前隨機(jī)碰撞的情況。但是由于相對(duì)參照坐標(biāo)，因此對(duì)燈塔的擺放有著極高的要求，很多時(shí)候覆蓋率的高低完全取決于，擺放者的水平。當(dāng)時(shí)燈塔掃地機(jī)器人搜索的關(guān)鍵詞，往往都是在求助如何擺放燈塔。3.第三代：隨機(jī)式清掃時(shí)代-燈塔定位iRobotRoomba880【知識(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.2掃地機(jī)器人發(fā)展史

2008年，具有攝像定位功能的規(guī)劃式清掃機(jī)器人誕生。這類型的掃地機(jī)器人利用攝像頭掃描周圍環(huán)境，通過紅外傳感器和數(shù)學(xué)算法來測(cè)繪出環(huán)境地圖，從而達(dá)到導(dǎo)航清掃的目的。同時(shí)，該類型掃地機(jī)器人還具有自動(dòng)回充功能。但也由于其存在對(duì)環(huán)境光線要求高、價(jià)格昂貴等弊端，難以在普通消費(fèi)者中普及。4.第四代：規(guī)劃式清掃時(shí)代-攝像頭定位攝像頭定位規(guī)劃式清掃機(jī)器人【知識(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.2掃地機(jī)器人發(fā)展史

2010年2月，NeatoXV-11掃地機(jī)器人推出，這是第一個(gè)使用可以360度旋轉(zhuǎn)的激光測(cè)距儀掃描周圍的環(huán)境并進(jìn)行即時(shí)定位與環(huán)境地圖構(gòu)建（SLAM），在此基礎(chǔ)上進(jìn)行合理規(guī)劃清掃路線，掃地機(jī)器人開始由隨機(jī)式清掃進(jìn)入了規(guī)劃式清掃時(shí)代。Neato還可以進(jìn)行斷點(diǎn)記憶恢復(fù)，當(dāng)它因電量不足而自動(dòng)返回充電完畢后，可以從上次返回的斷點(diǎn)接著進(jìn)行清掃。5.第五代：規(guī)劃式清掃時(shí)代-激光掃描定位【知識(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.3掃地機(jī)器人分類1.按清潔系統(tǒng)分類單吸口式單吸口式掃地機(jī)器人設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，只有一個(gè)吸入口。雖然對(duì)地面的浮塵清潔效果較好，但對(duì)桌子下面積聚已久的灰塵以及靜電吸附的灰塵清潔效果不理想。中刷對(duì)夾式中刷對(duì)夾式掃地機(jī)器人通過旋轉(zhuǎn)的膠刷和毛刷夾起垃圾，適合清理大顆粒物和地毯，但對(duì)處理地面微塵效果較差，更適合全地毯的家居環(huán)境。升降V刷式升降V刷式掃地機(jī)器人采用升降V刷浮動(dòng)清潔方式，能夠更好地貼合地面環(huán)境，特別適用于清潔靜電吸附的灰塵。整個(gè)V刷系統(tǒng)可以自動(dòng)升降，并在三角區(qū)域形成真空負(fù)壓，提升清潔效果?！局R(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.3掃地機(jī)器人分類2.按偵測(cè)系統(tǒng)分類紅外線傳輸距離遠(yuǎn)，但對(duì)使用環(huán)境要求高。在遇到淺色或深色家居物品時(shí)，紅外線無法反射回來，可能導(dǎo)致機(jī)器人與物品碰撞，長(zhǎng)時(shí)間下底部的家居物品會(huì)被撞出斑斑點(diǎn)點(diǎn)。仿生超聲波技術(shù)的掃地機(jī)器人，借鑒了鯨魚和蝙蝠的原理，利用聲波偵測(cè)家居物品和空間方位，具有高靈敏度和較高的技術(shù)成本。這種技術(shù)在航空工業(yè)上也有廣泛的運(yùn)用。紅外傳感超聲波仿生技術(shù)【知識(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.3掃地機(jī)器人分類3.按清掃路線分類

（b）規(guī)劃式清掃路線

（a）隨機(jī)式清掃路線

傳統(tǒng)的隨機(jī)式掃地機(jī)器人在清掃時(shí)通常路徑混亂，它們通過不斷碰撞障礙物來重新規(guī)劃路線。這種方式比較盲目，清掃效果不佳，且容易導(dǎo)致家具損壞。規(guī)劃式掃地機(jī)器人通過引入導(dǎo)航定位技術(shù)，其算法相較于隨機(jī)式掃地機(jī)器人更為復(fù)雜。合理的路徑規(guī)劃直接影響著掃地機(jī)器人的工作效率。【知識(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.3掃地機(jī)器人分類4.按制導(dǎo)方式分類

陀螺儀導(dǎo)航掃地機(jī)器人010203

激光導(dǎo)航掃地機(jī)器人

視覺導(dǎo)航掃地機(jī)器人【知識(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.4掃地機(jī)器人應(yīng)用1.掃地機(jī)器人組成(a)主機(jī)（b）集塵寶和充電座

掃地機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成圖【知識(shí)鏈接】2.2家政服務(wù)機(jī)器人2.2.4掃地機(jī)器人應(yīng)用2.掃地機(jī)器人傳感器機(jī)器人離不開各種傳感器，以感知外界環(huán)境并做出相應(yīng)決策。隨著掃地機(jī)器人功能的增強(qiáng)和智能化水平的提高，其所配備的傳感器種類也在不斷豐富。目前，常見的掃地機(jī)器人傳感器包括：超聲波傳感器：利用超聲波測(cè)距原理實(shí)現(xiàn)避障，通過接收反射波判斷障礙物距離及大小。紅外測(cè)距傳感器：根據(jù)紅外信號(hào)反射強(qiáng)度判斷障礙物距離，用于檢測(cè)周圍環(huán)境變化。接觸式傳感器：如電感式位移傳感器、電容式位移傳感器等，用于測(cè)量空間大小，避免機(jī)器人鉆入難以脫身的情況。防碰撞傳感器：設(shè)有碰撞板和光電開關(guān)，可感知碰撞并向控制系統(tǒng)傳達(dá)信息。防跌落傳感器：位于機(jī)器人下方，測(cè)距機(jī)器人與邊緣距離，避免跌落。邊緣檢測(cè)傳感器：確保機(jī)器人清掃墻邊時(shí)與墻保持固定距離，有效清理墻邊灰塵。光電編碼器/里程計(jì)：用于位置和速度檢測(cè)，記錄驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度以確定機(jī)器人位置?！局R(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.1教育服務(wù)機(jī)器人簡(jiǎn)介人形機(jī)器人AlphaEbot教育服務(wù)機(jī)器人是應(yīng)用在教育領(lǐng)域的機(jī)器人，旨在結(jié)合教育學(xué)與機(jī)器人學(xué)原理，培養(yǎng)學(xué)生的能力。關(guān)于教育機(jī)器人的定義觀點(diǎn)有所不同，主要包括教具觀（專門設(shè)計(jì)研發(fā)用于教育的機(jī)器人）、玩具觀（數(shù)字化智能玩具，以?shī)蕵方逃秊槟康模┖途C合觀（應(yīng)用于教育教學(xué)）?！局R(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.2教育機(jī)器人發(fā)展史國(guó)外教育機(jī)器人研究開展較早，在上世紀(jì)六七十年代日本、美國(guó)、英國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)相繼在本國(guó)大學(xué)里開展了對(duì)機(jī)器人教育的研究，到了七八十年代他們?cè)谥行W(xué)也進(jìn)行了簡(jiǎn)單的機(jī)器人教學(xué)，在此過程中也推出了各自的教育機(jī)器人基礎(chǔ)開發(fā)平臺(tái)。我國(guó)教育機(jī)器人研究在七八十年代就開展了，在我國(guó)的“七五”計(jì)劃、“863”計(jì)劃中均有相關(guān)的內(nèi)容。而針對(duì)中小學(xué)的機(jī)器人教學(xué)起步較晚，直到上世紀(jì)九十年代的中后期才得到了初步的發(fā)展。【知識(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.2教育機(jī)器人發(fā)展史1.發(fā)展早期：技術(shù)概念為產(chǎn)品主要賣點(diǎn)教育機(jī)器人市場(chǎng)發(fā)展初期，技術(shù)的受關(guān)注度更高，各類搭載人工智能技術(shù)（語音交互、圖像識(shí)別等）的產(chǎn)品層出不窮。但當(dāng)時(shí)的人工智能等技術(shù)實(shí)際成熟度不夠，導(dǎo)致產(chǎn)品新奇性效果大于實(shí)際用處，產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中解決問題的能力差距很大?！局R(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.2教育機(jī)器人發(fā)展史

隨著市場(chǎng)逐漸發(fā)展，教育機(jī)器人領(lǐng)域開始出現(xiàn)大量?jī)r(jià)格戰(zhàn)與營(yíng)銷戰(zhàn)，產(chǎn)品同質(zhì)性高且魚龍混雜。這種現(xiàn)象不僅導(dǎo)致用戶的產(chǎn)品信心被消耗許多，同時(shí)也導(dǎo)致人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域的深度應(yīng)用探索受到影響。

許多專注于技術(shù)研究的公司發(fā)展遇阻，技術(shù)研發(fā)開支受到影響，同時(shí)也不得不舍棄部分技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，降低產(chǎn)品性能與價(jià)格。2.發(fā)展中期：低價(jià)格與營(yíng)銷為市場(chǎng)主要特征【知識(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.2教育機(jī)器人發(fā)展史在現(xiàn)階段及未來，許多行業(yè)內(nèi)參與者們開始注重回歸教育本身，著重強(qiáng)調(diào)將人工智能等技術(shù)與教育的深度結(jié)合，注重產(chǎn)品搭載的教育內(nèi)容以及解決實(shí)際問題的重要性。3.現(xiàn)階段及未來：技術(shù)與教育深度結(jié)合，專注細(xì)分場(chǎng)景【知識(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.3教育機(jī)器人分類【知識(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.4教育機(jī)器人應(yīng)用教育機(jī)器人市場(chǎng)日益豐富，涌現(xiàn)出諸如樂高、慧魚、樂博樂博、能力風(fēng)暴、悟空、Makeblock、大疆創(chuàng)新等知名產(chǎn)品。同時(shí)，針對(duì)中高職和本科院校的教學(xué)實(shí)訓(xùn)需求，也推出了高精度輕工業(yè)級(jí)別的教育機(jī)器人，以及開源人形雙足教育機(jī)器人和智能商用服務(wù)機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)等產(chǎn)品，支持學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人程序設(shè)計(jì)和應(yīng)用二次開發(fā)等技能。樂高慧魚能力風(fēng)暴悟空機(jī)器人【知識(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.4教育機(jī)器人應(yīng)用1.mBot編程機(jī)器人mBot編程機(jī)器人是MakeBlock旗下的明星產(chǎn)品，作為一款入門級(jí)的STEAM教育機(jī)器人，配備圖形化編程軟件，非常適合初學(xué)者探索STEM（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)）知識(shí)，體驗(yàn)機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的樂趣。該產(chǎn)品目前被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外的中小學(xué)校。在硬件結(jié)構(gòu)方面，mBot采用模塊化設(shè)計(jì)，電子模塊與主板接口采用顏色區(qū)分，只需匹配相應(yīng)顏色進(jìn)行接線即可。此外，mBot還配備豐富的傳感器，并在主板上提供了4個(gè)擴(kuò)展接口，支持連接更多的電子模塊，學(xué)習(xí)者可以搭配擴(kuò)展包或者創(chuàng)客空間提供的400多種零部件，創(chuàng)造各種創(chuàng)意作品。在軟件方面，mBot編程機(jī)器人支持mblock3和慧編程兩款軟件，使用積木式的編程方式，讓學(xué)習(xí)者能夠輕松地將想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。同時(shí)，mBot還支持ArduinoC語言編程，滿足學(xué)習(xí)者在編程學(xué)習(xí)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳感器應(yīng)用、電路設(shè)計(jì)以及人工智能技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)等方面的學(xué)習(xí)和實(shí)踐需求?！局R(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.4教育機(jī)器人應(yīng)用2.機(jī)甲大師RoboMasterS1機(jī)甲大師RoboMasterS1，是大疆創(chuàng)新于2019年6月12日發(fā)布的首款教育機(jī)器人。該款機(jī)器人秉承寓教于樂的設(shè)計(jì)理念，機(jī)身配置多達(dá)31個(gè)傳感器，可以感知圖像、光線、聲音、振動(dòng)等觸感，同時(shí)支持Scratch和Python兩種編程語言，可以對(duì)機(jī)身46個(gè)可編程部件進(jìn)行編程，為青少年和科技愛好者搭建體驗(yàn)人工智能技術(shù)的平臺(tái)。機(jī)甲大師RoboMasterS1還設(shè)計(jì)了多種競(jìng)技模式，并且鼓勵(lì)用戶通過學(xué)習(xí)、研究去編寫專屬的自定義技能，從而在比賽中釋放出來。將原本復(fù)雜、枯燥的編程技能，融入有趣的機(jī)器人對(duì)戰(zhàn)中，讓青少年在玩中學(xué)習(xí)更輕松?！局R(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.4教育機(jī)器人應(yīng)用3.阿爾法蛋機(jī)器人阿爾法蛋機(jī)器人是安徽淘云科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱：淘云科技）打造的兒童智能機(jī)器人系列產(chǎn)品。阿爾法蛋機(jī)器人將人工智能與兒童教育結(jié)合，基于訊飛超腦及淘云TYOS系統(tǒng)，搭配海量云端兒童教育內(nèi)容，致力于為每個(gè)孩子提供人工智能學(xué)習(xí)助手。圍繞不同年齡段兒童的成長(zhǎng)特性，設(shè)計(jì)了科學(xué)的內(nèi)容體系，為孩子提供精選的成長(zhǎng)資源。依托淘云專為孩子定制的人工智能技術(shù)為孩子提供學(xué)習(xí)方式，提高學(xué)習(xí)興趣和效率；同時(shí)，家長(zhǎng)可以通過APP掌握孩子的學(xué)習(xí)情況和所聽所說，推送孩子成長(zhǎng)所需的內(nèi)容?！局R(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.4教育機(jī)器人應(yīng)用4.開源人形雙足教育機(jī)器人Yanshee

開源人形雙足教育機(jī)器人Yanshee（以下簡(jiǎn)稱“教育機(jī)器人Yanshee”）。是深圳市優(yōu)必選科技股份有限公司開發(fā)的一款面向職業(yè)院校和普通高等教育學(xué)生的開源人形機(jī)器人學(xué)習(xí)平臺(tái)。該機(jī)器人的硬件整體架構(gòu)框圖如圖所示，分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。上位機(jī)由主控板樹莓派及攝像頭、系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器SD卡等構(gòu)成，下位機(jī)由舵機(jī)控制板、各個(gè)傳感器模塊、麥克風(fēng)及揚(yáng)聲器等構(gòu)成，其硬件模塊功能描述如表所示。教育機(jī)器人Yanshee開源人形雙足教育機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)框圖【知識(shí)鏈接】2.3教育服務(wù)機(jī)器人2.3.4教育機(jī)器人應(yīng)用4.開源人形雙足教育機(jī)器人Yanshee教育機(jī)器人Yanshee主要硬件模塊功能描述【動(dòng)手實(shí)踐】實(shí)踐任務(wù)1實(shí)踐任務(wù)1：列出你所知道的服務(wù)機(jī)器人類型和品牌一、實(shí)踐組織以小組調(diào)研討論P(yáng)K匯報(bào)的形式完成任務(wù)實(shí)踐。二、實(shí)踐內(nèi)容以小組為單位，利用網(wǎng)絡(luò)、期刊等途徑，針對(duì)以下主題進(jìn)行討論。主題1：什么是家庭服務(wù)機(jī)器人？家庭服務(wù)機(jī)器人的類型有哪些？主題2：家庭服務(wù)機(jī)器人的核心技術(shù)有哪些？主題3：我國(guó)的家庭服務(wù)機(jī)器人廠商有哪些？主題4：說一說你眼中的家庭服務(wù)機(jī)器人是什么樣的？每組利用15分鐘進(jìn)行歸納總結(jié)，并制作對(duì)此主題的分析PPT。每個(gè)小組依次派代表進(jìn)行主題討論結(jié)果演講，最后由全體同學(xué)進(jìn)行投票，決出優(yōu)勝小組。實(shí)踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機(jī)器人--Yanshee”實(shí)踐任務(wù)2【動(dòng)手實(shí)踐】基于前面對(duì)家庭服務(wù)機(jī)器人的概念、種類學(xué)習(xí)與了解，依托開源人形雙足教育機(jī)器人進(jìn)行教育服務(wù)機(jī)器人的體驗(yàn)實(shí)訓(xùn)，感受教育服務(wù)機(jī)器人的智能化和趣味性。任務(wù)描述任務(wù)目標(biāo)通過玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機(jī)器人—Yanshee”實(shí)踐任務(wù)主要達(dá)到以下目標(biāo)：①深入了解服務(wù)機(jī)器人的核心技術(shù)、系統(tǒng)組成以及應(yīng)用場(chǎng)景；②認(rèn)識(shí)開源人形雙足教育機(jī)器人的交互方式，體驗(yàn)雙足教育機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器視覺和語音識(shí)別等功能；③能熟練操作開源人形雙足教育機(jī)器人。實(shí)踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機(jī)器人--Yanshee”實(shí)踐任務(wù)2【動(dòng)手實(shí)踐】任務(wù)實(shí)施（1）操作開源人形雙足教育機(jī)器人開關(guān)機(jī)①開機(jī)操作長(zhǎng)按機(jī)器人胸前的按鈕2-3秒，直到指示燈閃爍后松開。當(dāng)聽到機(jī)器人的開機(jī)問候語后表示開啟成功。開啟后機(jī)器人會(huì)說：“Yanshee啟動(dòng)完畢”。②關(guān)機(jī)操作長(zhǎng)按機(jī)器人胸前的按鈕2-3秒，當(dāng)聽到機(jī)器人關(guān)機(jī)提醒：“我準(zhǔn)備關(guān)機(jī)了”松開手即可，機(jī)器人會(huì)執(zhí)行關(guān)機(jī)動(dòng)作。

③緊急制動(dòng)機(jī)器人Yanshee頭部上方有一個(gè)紅色按鈕，按一下，機(jī)器人電源立即斷開，全身舵機(jī)處于掉電狀態(tài)。實(shí)踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機(jī)器人--Yanshee”實(shí)踐任務(wù)2【動(dòng)手實(shí)踐】任務(wù)實(shí)施（2）機(jī)器人聯(lián)網(wǎng)設(shè)置①下載安裝移動(dòng)端應(yīng)用掃描如圖所示二維碼或前往APPStore及安卓市場(chǎng)下載“Yanshee”，并安裝應(yīng)用軟件。②機(jī)器人配網(wǎng)及連接a)先確認(rèn)手機(jī)/平板的藍(lán)牙和WiFi已經(jīng)開啟，再打開YansheeAPP，單擊其主界面右上角的圖標(biāo)，進(jìn)入配網(wǎng)設(shè)置向?qū)ы?yè)面。b)根據(jù)Yanshee配網(wǎng)設(shè)置向?qū)崾荆M(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。實(shí)踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機(jī)器人--Yanshee”實(shí)踐任務(wù)2【動(dòng)手實(shí)踐】任務(wù)實(shí)施（2）機(jī)器人聯(lián)網(wǎng)設(shè)置①下載安裝移動(dòng)端應(yīng)用掃描如圖所示二維碼或前往APPStore及安卓市場(chǎng)下載“Yanshee”，并安裝應(yīng)用軟件。②機(jī)器人配網(wǎng)及連接c)根據(jù)機(jī)器人背部標(biāo)簽的后4位MAC地址值來選擇要連接的設(shè)備，如圖示序列號(hào)，確定是否為手機(jī)界面所顯示的機(jī)器人設(shè)備名稱。d)選擇設(shè)備后，APP頁(yè)面中會(huì)顯示與本機(jī)WiFi相同的SSID，輸入正確的WiFi密碼后（無密碼直接不輸入），點(diǎn)擊“加入”按鈕，機(jī)器人將進(jìn)行配網(wǎng)連接，此時(shí)，機(jī)器人會(huì)語音提示“正在連接網(wǎng)絡(luò)”。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接成功后，機(jī)器人會(huì)發(fā)出“您已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)成功”的語音提示；若連接失敗，機(jī)器人會(huì)發(fā)出“連接網(wǎng)絡(luò)失敗”的語音提示，此時(shí)可重新進(jìn)行配網(wǎng)連接。實(shí)踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機(jī)器人--Yanshee”實(shí)踐任務(wù)2【動(dòng)手實(shí)踐】任務(wù)實(shí)施（3）使用YansheeAPP控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)①使用虛擬搖桿控制Yanshee機(jī)器人單擊YansheeAPP主界面“運(yùn)動(dòng)控制”選項(xiàng)，進(jìn)入機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制界面，使用虛擬搖桿控制機(jī)器人前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)及右轉(zhuǎn)。②體驗(yàn)Yanshee機(jī)器人運(yùn)動(dòng)表演a)通過YansheeAPP運(yùn)動(dòng)控制界面中的“動(dòng)作演示”進(jìn)行舞蹈表演。b）通過YansheeAPP運(yùn)動(dòng)控制界面中的“角色扮演”進(jìn)行格斗家、足球員等角色體驗(yàn)。實(shí)踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機(jī)器人--Yanshee”實(shí)踐任務(wù)2【動(dòng)手實(shí)踐】任務(wù)實(shí)施（4）Yanshee機(jī)器人動(dòng)作回讀編程體驗(yàn)回讀編程就是手動(dòng)調(diào)整好舵機(jī)角度設(shè)置機(jī)器人的動(dòng)作，控制器會(huì)對(duì)動(dòng)作進(jìn)行回讀記錄，控制端可以將這個(gè)位置信息記錄下來，保存為文件后，可以供以后使用。回讀編程支持自主設(shè)計(jì)機(jī)器人動(dòng)作，以簡(jiǎn)便易用的交互方式，記錄機(jī)器人端設(shè)計(jì)動(dòng)作的舵機(jī)數(shù)據(jù)，并支持后期的精確調(diào)整。下面使用回讀編程讓機(jī)器人完成上下?lián)]舞雙手動(dòng)作2次（圖示動(dòng)作示例）。實(shí)踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機(jī)器人--Yanshee”實(shí)踐任務(wù)2【動(dòng)手實(shí)踐】任務(wù)實(shí)施（4）Yanshee機(jī)器人動(dòng)作回讀編程體驗(yàn)①進(jìn)入“回讀編程”界面單擊YansheeAPP主界面“回讀編程”選項(xiàng)，進(jìn)入機(jī)器人回讀編程界面，單擊“+”進(jìn)入機(jī)器人舵機(jī)掉電/上電頁(yè)面。②選擇要掉電的回讀肢體在“機(jī)器人舵機(jī)掉電/上電”頁(yè)面，選擇要掉電的舵機(jī)。這里選擇機(jī)器人的“左手臂”和“右手臂”，左右兩邊有兩個(gè)閃電符號(hào)，代表機(jī)器人舵機(jī)為掉電狀態(tài)。機(jī)器人舵機(jī)掉電/上電頁(yè)面選擇要掉電的回讀肢體實(shí)踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機(jī)器人--Yanshee”實(shí)踐任務(wù)2【動(dòng)手實(shí)踐】任務(wù)實(shí)施（4）Yanshee機(jī)器人動(dòng)作回讀編程體驗(yàn)③掰動(dòng)舵機(jī)進(jìn)行回讀記錄先掰一個(gè)動(dòng)作（如圖示，將機(jī)器人左右臂分別往上掰動(dòng)），進(jìn)行單次記錄，單次記錄后，再次改變舵機(jī)的狀態(tài)，再次進(jìn)行單次記錄。舵機(jī)狀態(tài)可參考前文提到的動(dòng)作示例。用同樣的方法，可以重復(fù)多次來進(jìn)行單次記錄。②保存動(dòng)作記錄并預(yù)覽舵機(jī)動(dòng)作記錄完成后，關(guān)掉界面上的“X”回到動(dòng)作幀界面，動(dòng)作幀界面由原來的1幀變?yōu)?幀，單擊右下方的“預(yù)覽”，此時(shí)可以看到機(jī)器人將上述記錄的動(dòng)作已全部記錄下來，機(jī)器人按照記錄進(jìn)行動(dòng)作表演。單擊右上方的“保存”按鈕，即可保存當(dāng)前的動(dòng)作記錄。雙臂上掰示例保存動(dòng)作記錄并預(yù)覽實(shí)踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“開源人形雙足教育機(jī)器人--Yanshee”實(shí)踐任務(wù)2【動(dòng)手實(shí)踐】任務(wù)實(shí)施（4）Yanshee機(jī)器人動(dòng)作回讀編程體驗(yàn)⑤查看動(dòng)作列表并分享到機(jī)器人端單擊右上方的“動(dòng)作列表”按鈕，在“我的動(dòng)作”頁(yè)面查看用戶自定義的動(dòng)作，選擇要分享的動(dòng)作即可將其發(fā)送到機(jī)器人端。在YansheeAPP主界面“我的動(dòng)作”——“回讀動(dòng)作”選項(xiàng)下可查看到用戶已發(fā)送到機(jī)器人端的動(dòng)作序列文件?！卷?xiàng)目評(píng)價(jià)】班級(jí)

姓名

學(xué)號(hào)

日期

自我評(píng)價(jià)1.能闡述家庭服務(wù)機(jī)器人的定義、分類及應(yīng)用場(chǎng)景□是□否2.能闡述家庭服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展歷程□是□否3.能闡述家庭服務(wù)機(jī)器人的核心技術(shù)、系統(tǒng)組成□是□否4.能列出常見工具型家庭服務(wù)機(jī)器人類型和品牌□是□否5.能正確操作人形教育機(jī)器人“Yanshee”開關(guān)機(jī)□是□否6.能正確配置人形教育機(jī)器人“Yanshee”的網(wǎng)絡(luò)□是□否7.能使用人形教育機(jī)器人“Yanshee”進(jìn)行回讀編程操作□是□否8.在完成任務(wù)時(shí)遇到了哪些問題？是如何解決的？

9.能獨(dú)立完成工作頁(yè)/任務(wù)書的填寫□是□否10.能按時(shí)上、下課，著裝規(guī)范11.學(xué)習(xí)效果自評(píng)等級(jí)□優(yōu)□良□中□差總結(jié)與反思：小組評(píng)價(jià)1.在小組討論中能積極發(fā)言□優(yōu)□良□中□差2.能積極配合小組完成工作任務(wù)□優(yōu)□良□中□差3.在查找資料信息中的表現(xiàn)□優(yōu)□良□中□差4.能夠清晰表達(dá)自己的觀點(diǎn)□優(yōu)□良□中□差5.安全意識(shí)與規(guī)范意識(shí)□優(yōu)□良□中□差6.遵守課堂紀(jì)律□優(yōu)□良□中□差7.積極參與匯報(bào)展示□優(yōu)□良□中□差教師評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)等級(jí)：評(píng)語：教師簽名：日期：【項(xiàng)目小結(jié)】本項(xiàng)目主要學(xué)習(xí)了家庭服務(wù)機(jī)器人的概念、分類及發(fā)展概