家用机器人的开发动态和前景

1、| 维普资讯 h ttp:/科技综述| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/从人类社会老怡优网家庭成员价値 现的变优出发.论述了家用机黠人开发 的必鑒性和前lb从理想论和现实论商 个角度讨诒了家用机器人的开发耍点 着賣介绍丁目前对现实的家用机器人的 开发硏究现状.并对这一产业令叵10年 的需求作了预测AbstractIn the view of agin cf society and the change of value outlook of family meniberahip, importance and development propecta on househol

2、d robot are stated; from angles of ideality and reality, msin points of development of household robot diBcuaeed., current atatua of research and development of real household robot now highlighted and needa of this industry id future decade predicted关询t家用电|»机械人 动專 m*24家用机器人的开发动态和前景Current Stat

3、us and Future of Household Robot Development刘利卫沁c1"片1*訓*工业机龄人自何世以来很快在世界范團内得白广泛应用.目前.工业机器人产 匪年増加但露量新预抽，到21世纪，寂用机养人将成为机鹫人制造业的主力机 种.工业机器人主要朿于以工厂为栈表的第二产业，丽家用机器人则主要用于第三 产业的JK务业在曹通家庭申馥嚴耆巨大的潘在市场但是.这种家用机器人吕前尚无已完善的实例.其定兴有各种说法.其技术亦 各有千秋*如果要说有共同认识的话，那就是致认为家用机器人是亠柱家庭中为 个人服务的机譽人j在一股就庭中醫及机器人的迎握源于蘭F出发点，其一是以年轻

4、人为中心的家庭成员的柳值惡的变代即从円以工菲为中心”转变 为且自我为中暑"，追求生活的再质,追求案务劳动的省力化，实現家庭自动 址.这就需要借助于家囲机器人的腫务*其二是整仆社会的走幣化*屬着出生率的下降人类将呈现出拴寿化晤成老 年人弗.苹轻人少的社会.从社喪福利的甫度考虑，需要对许多老人配以家庭助 手.但凶工费.劳动第件等因倉的誓响.加之前述年轻人价值班的蜚花，在供不应 求的劳动力市场上很难找到自然人作为寂庭助手.战需家用机养人来补充劳动力市翳日本工业机器人协合调査，在"家务劳动自动优”方面，址普追的乐望是”清 扫”件业自动优其次艇“譬后清環亠抚ar等，这都是无创谨性的劳

5、动.在稠 助老人的作业自动方面i ftVig的隱里艇"料助搬运重物”*其次杲*监护独身老 人生活 -o起味"等.二、J0W施呻萩展论1 评笈耍虑家用机器人有单能型与多能理之分.所谓草能型，即仅腕从事某一项柞业活动 具有单一功龍:而歩能璽则能嶷从事多頊作业活动具有多种功能.从使用 痈度考虑.用户自然需耍集多种功能于一身的家用机器人.但是珀整越备.系统 的复亲程度也斛誉.就現有的工业机貉人来看.单能型曲价稱已达敛万翼元多能 型的愉格自然更令人咋舌*这样的协林对曹通家庭耒说屋难以承受的.故廉价址是 普贬金用机器人的靈要前提.为了实规家用机器人的多功能建与低咸本优，其拽术开发的童点

6、是让机胖人诸 应环境.适应人类，独立.自律与自製.2.适盛刑I家用机器人的作业场所一家庭.是一个非常复亲的环境.要适应这样的环 境家用机器人就应该具备较好的移动功能和操作功能特别是移动功它是扩 大JR务范朗、实现參功能化不可缺少的功能.家用机器人在家庭內移动时.首先存在着地面高度不一的问噩.同时存在着地机电一佯化19-3| 维普资讯 h ttp:/科技综述佥| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/面材质差异的问题.如寝室地面通常比卫生间的地面离：寝室 地面材质有地縫*木材、磽质提料尊*而卫生同她面的捕质通 常为耐水的砖类.全邢瀟定这些环境的移动机构（鰹件）.归很 到底自碾是采用

7、与人类一样的取足且必烦能与人一样穿拖 鞋.但这种技术纯属理想论.现实中.可行性较高的移动机构是车轮梗駆带*车轮型的 移动性好.控制性能也奸，但在对地面高度，材质差异的适应 性方面还存在着些问题.而At带型的则能适应地面關度E轲 质的差异.但在结构方面却存在着搦伤地面的问题故需在亂 带材质方面动些脑筋.四足型机构也基一种可行的移动机构， 但易于便机器人休积大型化.口其形状也很难与人类亲和.此外在移动功能方面还存在着避障的问题.障碍物的种 类也是千盖万别的锻如克子*國柜*凹凸的增面、照囲器具 等家庭中朋有不移动的物替'以及柿子誓幕需移动的家具.此 外走厲（过遭）的宽度也因地而异.为了适应这

8、些环境.就要 研究回避障碍的何題*这方面的研究巳出了不少成果.尽曾目 前的研究还停留在分析阶段+要僵机器人具有回避障碍物的视 觉功能，就应该建立传感合成、知识处理的理论.幻播作妙昭一4筍锁计从珈状目材质分类.寂庭内襟作对掠的种类数以千计要 完全适应这样的环境，最好也自然建与人奘一样，采用有五指 的多关节的手*但是，从目前的技术水平来看与人手同等大 小的近描机械手，是覗难控剧的.（3獻丸环it掾眾札按照理想谯的观点要使家用机器人在为人类设计的环境 下柞业*就应谏健机器人的带状接近于人类.型是据专家们 预测.要开发出这样的家用机器人.还H要相当长的时间.从现实情况来看.不得不釆取一种行之有效的措施

9、一快 机器人的作业环變达到某种裨度的标准化.所调家庭环境标准 化.就是墓僅地面.墙面均平猿无异.以锲于机器人识别、尊 动，同时，在堆面、地面上安装传感用标记.在家具諄室内物 怵上粘贴识别用插记，使家庭环境适嚴机器人的性能.为了实现家庭环境的标准化在（E宅的设计与施工中.在 羣内装横布豎吋.应谨预先考虑到家用机矗人的应用.普遍认 为.住宅的标准化.是普晨窥用机器人的重要前提条件*从机器人的撮柞能力来看*椎机器人抓取的对象最好限 于蒂有专用附加装置的物品I遣种附加装量应復能够与机器人 的手的尺对相咙會，从而便于机器人识别.抓取*这样一来， 机器人的通用化问题.僵转愛为附加装量的标准化问腿从而 使得

10、家用樹品均变为“标雅物品”，这一点也是家庭评境标畦化 的盂要内容*3務动与體立'移动显是机器人必不可少的功能，而"独立则是*移动” 的先换条件，所谓“哑立"从裁术上讲就是要自带动力源。否 则.机器人在移动时始终拖着供给能源的电统或软臂.就必热 慢其活动范围受到扱大的阻制.且对包括人类在内的荃它移动 体产圭級为不利的形响.近年来.蘭着电动汽车开发技术的发展，丈容址小型化蓄 电也的开发研克正注师紧进行.若将这种皑池用于家用机器 人，则可望改善机器人的性能.为了使机器人儒艮期连续工 作.机器人最好要带有裡自身能源狀况的功能*当松源将尽 时.机器人能自动地将自身的猫头插人电

11、源插廉上、实施充电 怖业程序.目前，带有这种功能的机器人已有实例.即楼腭自 动清扫机器人，4 .自镶与自載对于机器人自律能力的程度.可以用这样的方吿来评价: 机器人在作业吋需要人类帮助的程度有裳大*所谓人类的帮 助”是指与人力有关的人类的手工帮血机器人的智能水平 I宅要是软件的完善程度也可反映出其自律能力的水平*当用户将机器人购至家中投人运行时如何将室内结枸* 家具与餐具的布等家庭环境载给机器人.这是一个方祛论问 题.对于环境适嵐能力扱强的理想机器人来说最好能够不嵌 赖人类的指导.而是通过自己的自动运*j,将家中环境状态全 部E动地记锻在自身的数据库中.对于柞业命令，最好能全部用口语的瞻式手达

12、给机器人卞 作业命令需要细分化（详堀化）的程度.对应于机器人的自律水 平.但从现有的技术条件来看，还不能用自撚需言下达柞也命 令，而是通过实施都井环境的标谁化用计算机键盘来下达命对于工业机器人来说.是由专门的操作者"通常坯有相当 知识水平啲善业人员通过专用操纵器来載会其脚.手及手指 各类节的动作的.而在家庭中”由于机器人是由扱乎常的普遍 人.甚至是老人和病人来操作的.敕不能采用与工业机器人相 同的教学方注，这就是有所谓宜人性接口"的问题.5.适应人类所i胃适应人类，就是指机雒人能与人类协调动作.它包括 三平方面的内容理解人类.安全性.易于教学茸中"教学 问题已在前

13、面讨论过*这駁只讦论“理解人类"与*安全性F问 題.门）史解人真理解人类.是描机器丄应谏了解主人的特点，诸如主人的 思想.价値观.运动能力*精神状态（心情）、脾.牛性筹 等.机器人的行为应考虑到这些持点*能与主人和睡栢处.（辺决食盘对于工业机器人来说，扶安全措施是棊止人类接近或进人 机器人的惟业区域.战现有技术水乎就能确保安全，但康用机 器人却始吳与个类共处一塞接近主人是其存在的疝提*逍此 潘要采用十分可菲的安全技术.人类与机器人靠近时的安全与否.耽决于接覺命令的机器 人址否能橄到任何情抚F都能保证动作正确诸如停电、计算 机失控' 机械性碱损等等，都可能做机器人产生意外的动作

14、. 安全设计的梧导思寵，是避免因攪击造成对人类的侥害，苴首| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/25MECHATR0N1CS 19963| 维普资讯 h ttp:/盘新链术-新产品| 维普资讯 h ttp:/| 维普资讯 h ttp:/要对策是在机器人因诸多原因而失控时，故障系统应谍輪出趙 向安全如停机的动作指令.此乩 利用材料.结构自身的耋 软性也可实现安全性*其申较好的目前肯橡胶制品气压式 人造肌肉型动柞器等.三.观实的車用机蟹人前文所述，大套为理想机器人的开发课题，要解决这些课 题.还需要相当検的时河这与迅速増枝的家用机蛊人的市场 祷眾是不能适应的.就目前而亍 比较现实

15、可行的方旌，是将 嵐魁的工业机器人技术延忡到家用机器人的开发中去.L限定性作业內容如果仅脫二三种相董的怖业内容作为机器人功能设计的依 据.则有頃使家庭自动代成为现实.劃如.清扫作业.撫运亶 物.精骷行动不便的主人移位等*这些柞业内容棉有看一皐的 联系.以此作为功能设计的嵌据.则可以实现一"人"多能.此 外可开发限罡特定场所、特定用途的专用型机器人*如专门 用于清浩卫生的帮地理疾人茨脸、沐潘的壁挂式机器人導.監环境的标准化为便子家用机器人作业将室内环境规范化、标准化.或 对作业环境加以调整，廻便于应用机掘人的有效良簟.但是. 要使作业环境完全标旌化往往比较困难.而实现某种程度

16、的标 淮化则是容易办到的.目前口宥这方商的实例一老年定型柱 宅.该住宅将寝室*猊腔间*港室等安排盘同一直线上*井在 室内顶部沿疑安装柞为护理执器人的专用踣线+ 口要让 被护理老人坐在安全的专用皮带上机器人就可以带着老人沿 线移动*这种天车式机誰人不仅可邑稚助主人移动"而貝.如 果拆除皮带，装上枫械手則可实施搬运重物*沿线清扫房阿 肾作业活动.几乎不受地面狀况.家尺配宜的形响而艮.利 用轨遭对机养人供电也方便可靠.可便帆器A具有瑚立性.由于这种枇器人的移动諮线受轨道限制.故其作业范围亦 有限.为此可采用悅軒机械干以扩大其清扫等作业范围； 为便牛惺皆长皙釆用可折摆式结对于应额繁的清扫作业

17、 括动可利用专用清扫附ft自动地改变机械手的瑕状.玄先学后漬自律功能是机器人最高级的功能.但实践屮则应采用半自 律的先学后演方式；只娶限定作业内容“即便没有自律性也能 实用.前述天车式机胖人在耀运人和物时.晟好釆用手动操 凱式.而对清扫作业则采用先学后演式.即在机横手的熾部安 装好专用清扫附件后，先曲人类直接手把手地教机器人学习淆 扫柞业【即直接由人抓住机械人端部在室内实地移动请扫一 遏包括上门框、魅陳壽牡都与人工清扫一样全那清扫一 次以后.机器人便记住清扫过程.可自动地实施学过的清扫 柞业.但是这种执器人不能识别椅子等移动性家具住用的变itr因此.在每釈自动清扫之前应读由人工整理室内家具等移

18、 动性物休，鳖之处于机器机人学习清扫时的状况*4安全第构安全对策是与人真搂触的家用机器人駁董要的功能。但 超.无论釆用怎痒的安全技术，都不可前保证百分之百的空 全.实践中敢避雄机器人对人类的撞击伤害柞为畫点安全内 容*具悴措施是给机器人本悴穿上软'腿装”，起缓冲作用此 外.通过系统控制慣机器人具有轴回功能，可达到讎免撞击 的目的.这种安全结构与安全控制'再HQ上声控或手控急停功 能即构成实用可施的安全网貉*应，给JM暮机器人以家用机器人的矗式开始向家庭普及Z肘.使咼机 器人工业鸟汽车.做机工业并列为骨干工业之日.包是.机器 人的研究至今仍以理想机器人为畫.点*而都轻覩现实可行的技 术开发.日.美专家都呼吁应该改靈这种局面.展管目前对家用机器人的需求仍基本曲零.但皓日本工业 机器人协会读叭 到勿00年.全球对凉用机器人的需求将达 200-300亿日元厕到3)05年.这一需求将孫增到1如02000 亿日元.回想在游年前.人衍还很唯想象电脑能像令天这样进 人家家户户.那么对上述的预测也就不会有什么怀疑了，愿科 拽界棚企业界的有识Z 士对此蟹早柞打算.書琴资料：必机W>E» V01.44.No n| 维普