服务机器人基础 课件 项目1、2 初识服务机器人、认识家用服务机器人

项目1初识服务机器人目录CONTENTES项目导入1学习目标2知识链接3动手实践4项目评价5项目小结6项目习题7【项目导入】进入21世纪，机器人已逐步由应用于生产领域的工业机器人，扩展到社会生活的方方面面，派生出种类繁多的服务机器人。目前，工业机器人已逐渐走向成熟，而服务机器人的发展方兴未艾，未来空间巨大。那么，什么是服务机器人呢？服务机器人是如何分类的？服务机器人的系统组成有哪些？服务机器人又有哪些关键的核心技术？本项目将引领大家一起去寻找这些问题的答案，除此之外，大家还可以学习如何操作人形机器人，让大家切实感受机器人带来的魅力。服务机器人1.了解服务机器人的概念、常见分类以及产业现状。2.掌握服务机器人的机械结构、系统组成。3.了解服务机器人的核心技术、应用场景以及发展趋势。4.能够掌握多模态人形机器人“悟空”的基本操作。【学习目标】1.1.1机器人定义【知识链接】123机器人不应伤害人类，且在人类受到伤害时不可袖手旁观；

机器人应遵守人类的命令，除非这种服从有害于人类；

机器人必须保护自身不受伤害，除非为了保护人类或者是人类命令它作出牺牲。机器人三原则1950年，美国作家埃萨克·阿西莫夫在他的科幻小说《I，Robot》中首次使用了“Robotics”，即“机器人学”。阿西莫夫提出了“机器人三原则”：

机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则，阿西莫夫因此被称为“机器人学之父”。1.1机器人定义与分类1.1.1机器人定义机器人是机构学、控制论、电子技术及计算机等现代科学综合应用的产物，目前尚处于发展阶段，关于机器人的概念、定义，仍处于不断充实、演变之中。不同国家不同学者给出的机器人定义不尽相同，虽然基本原则一致，但大致都还是有些区别。【知识链接】1.1机器人定义与分类1.1.1机器人定义1.国际标准化组织的ISO8373-2012

机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体的某些器官(肢体、感官等)的功能；机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变；机器人具有不同程度的智能性，如记忆、感知、推理、决策、学习等；机器人具有独立性，完整的机器人系统在工作中可以不依赖于人的干预。【知识链接】1.1机器人定义与分类1.1.1机器人定义3.美国国家标准局（NBS）机器人是一种能够进行编程并在自动控制下执行某种操作和移动作业的机械装备。4.

中国机器人分类标准具有两个或两个以上可编程的轴，以及一定程度的自主能力，可在其环境内运动以执行预定任务的执行机构。2.美国机器人学会（RIA）机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的、通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能机械手。【知识链接】1.1机器人定义与分类1.1.2机器人分类工业机器人

工业机器人是指应用生产过程和环境的机器人。服务机器人

服务机器人是指除工业机器人以外，用于非制造业并服务于人类的各种机器人，分为个人/家用服务机器人及专业服务机器人。根据机器人的应用领域不同，国际机器人联盟（IFR）将机器人分为工业机器人和服务机器人。【知识链接】1.1机器人定义与分类1.1.2机器人分类借鉴IFR分类标准，我国电子学会结合国内机器人产业发展特性，将机器人分为工业机器人、服务机器人和特种机器人三类。工业机器人服务机器人特种机器人【知识链接】1.1机器人定义与分类1.1.2机器人分类根据机器人的运动方式，机器人可分为轮式、足腿式、履带式、蠕动式、浮游式、潜游式、飞行式和其他运动方式机器人。1.轮式机器人轮式机器人按其驱动方式可分为双轮驱动、三轮驱动、全方位驱动和其他轮式机器人。2.足腿式机器人足腿式机器人按其腿的数量可分为双足、三足、四足和其他足腿式机器人。3.履带式机器人履带式机器人按其驱动履带及关节数量可分为单节双履、双节双履、多节多履和其他履带式机器人。【知识链接】1.1机器人定义与分类1.1.2机器人分类4.蠕动式机器人轮式机器人按其驱动方式可分为双轮驱动、三轮驱动、全方位驱动和其他轮式机器人。5.浮游式机器人足腿式机器人按其腿的数量可分为双足、三足、四足和其他足腿式机器人。6.潜游式机器人履带式机器人按其驱动履带及关节数量可分为单节双履、双节双履、多节多履和其他履带式机器人。【知识链接】1.1机器人定义与分类1.1.2机器人分类7.飞行式机器人飞行式机器人按其起飞可分为直升飞行、滑行飞行、手抛飞行和其他飞行式机器人。其他运动方式机器人机器人运动方式机器人主要包括固定式、复合式、穿戴式、喷射式和除1~7运动方式之外的机器人。【知识链接】1.1机器人定义与分类1.1.2机器人分类按JB/T8430-2014的5.1分类，机器人按其机械结构类型可分为垂直关节型机器人、平面关节型机器人、直角坐标型机器人、并联机器人和其他机械结构类型机器人。六轴垂直关节型机器人平面关节型机器人三自由度直角坐标型机器人并联机器人1.1机器人定义与分类【知识链接】根据国际机器人联合会（IFR）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，但不包括从事生产的设备。采血机器人扫地机器人人形机器人工业用操纵机器人如果被用于非制造业，也被认为是服务机器人。01服务机器人可能安装，也可能不安装机械手臂。02通常，但并不总是，服务机器人是可移动的。03诊疗机器人1.2.1服务机器人的定义【知识链接】1.2服务机器人概述1.2.1服务机器人的定义【知识链接】1.2服务机器人概述我国对服务机器人的相关定义根据2021年3月发布《服务机器人机械安全评估与测试方法（GB/T39785-2021）》定义：除工业自动化应用外，能为人类或设备完成有用任务的机器人。注1：工业自动化应用包括（但不限于）制造、检验、包装和装配。注2：用于生产线的关节机器人是工业机器人，而类似的关节机器人用于供餐的属于服务机器人。我国在2021年6月1日实施的《机器人分类》（GB/T39405-2020）标准根据使用者的类别，将服务机器人分为个人/家庭服务机器人和公共服务机器人，与国际标准不同。1.2.2服务机器人的分类1.2服务机器人概述【知识链接】公共服务机器人个人/家用服务机器人中国电子学会结合国内机器人产业发展特性，根据服务机器人应用场景细分不同，将服务机器人分为个人/家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人。1.2.2服务机器人的分类1.2服务机器人概述【知识链接】家用服务机器人，又叫家庭服务机器人，按其使用用途可分为：工具型和教育型服务机器人；根据其应用场景不同可分为：家政、教育娱乐、养老助残、安防监控机器人等。（1）家庭服务机器人中国电子学会结合国内机器人产业发展特性，根据服务机器人应用场景细分不同，将服务机器人分为个人/家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人。1.2.2服务机器人的分类1.2服务机器人概述【知识链接】

家政机器人

娱乐机器人

家用监控机器人

医疗服务机器人是指用于医院、诊所的医疗或辅助医疗的机器人。主要在医院和诊所中应用，可提供医疗问诊，搬运物体，辅助医生进行手术等。根据用途不同，医疗服务机器人可分为：临床医疗用机器人、护理机器人、医用教学机器人和医疗康复机器人等。中国电子学会结合国内机器人产业发展特性，根据服务机器人应用场景细分不同，将服务机器人分为个人/家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人。1.2.2服务机器人的分类1.2服务机器人概述【知识链接】达芬奇手术机器人医疗物资运输机器人下肢康复训练机器人（2）医疗服务机器人公共服务机器人指在农业、金融、物流等除医学领域外的公共场合为人类提供一般服务的机器人。根据应用场景不同，公共服务机器人可分为：引导接待机器人、终端配送机器人和智能安防机器人等。（3）公共服务机器人中国电子学会结合国内机器人产业发展特性，根据服务机器人应用场景细分不同，将服务机器人分为个人/家用服务机器人、医疗服务机器人和公共服务机器人。1.2.2服务机器人的分类1.2服务机器人概述【知识链接】引导接待机器人送餐机器人安防巡检机器人1.发展历程服务机器人的发展随着人工智能技术的演进和市场需求的变化与时俱进，其发展历程大致可分为三个阶段。1.2.3服务机器人的发展概况1.2服务机器人概述【知识链接】服务机器人发展历程实验室阶段1960年，第一台水下机器人ROV1968年，第一智能机器人1969年，第一台双足仿生机器人萌芽阶段1990年，TRC公司护士助手1995年，中国第一台水下机器人1999年，日本索尼第一代宠物机器人20世纪50~60年代20世纪70~90年代发展阶段2000年，第一个机器人手术系统2005年，我国服务机器人初具规模21世纪70~2.市场规模及增速1.2.3服务机器人的发展概况1.2服务机器人概述【知识链接】数据来源：中国电子学会，《中国机器人产业发展报告（2022年）》2017-2024年全球服务机器人销售额及增长率2022年全球机器人市场结构据中国电子学会发布的《中国机器人产业发展报告（2022年）》，2022年全球机器人市场规模预计达513亿美元，年均增长率为14%，其中工业机器人市场占38%，服务机器人市场占42%，特种机器人市场占20%。预计到2024年，全球机器人市场规模有望突破650亿美元。中国服务机器人产业也在快速扩张，2022年市场规模占机器人行业总规模的37%，预计到2024年中国服务机器人市场规模将超过100亿美元。2022年我国机器人市场结构2017-2024年我国服务机器人销售额及增长率数据来源：中国电子学会，《中国机器人产业发展报告（2022年）》3.发展前景1.2.3服务机器人的发展概况1.2服务机器人概述【知识链接】服务机器人市场得以快速发展的驱动力，除了国家政策引导外，核心在于其服务属性。伴随人们物质水平的提高，对于生活质量的要求也不断提升，加之各行各业由于人口老龄化、人口红利减弱带来的降本增效压力，服务机器人成为很好的载体，凸显出其价值。市场需求：根本驱动力庞大人口基数市场潜力巨大人口红利消失需求不断增加老龄化特殊工作需求收入提高支付能力提高产业加速发展资本涌入杰出人才人才优势企业布局工程师红利供应链优势成本优势技术成熟价格下降功能提高市场放量制造优势+服务机器人产业驱动力及发展逻辑1.3服务机器人的产业链1.3服务机器人的产业链【知识链接】服务机器人产业链可分为上游、中游和下游。上游是机器人核心零部件研发与生产商，提供机器人所需的核心组件和功能模块。中游包括机器人本体制造商和系统集成商，分别负责机器人整机的生产和定制化集成应用开发。下游则是各类细分市场，如教育、医疗、新零售等，形成巨大的机器人应用市场。服务机器人产业链1.4.1服务机器人的核心技术1.4服务机器人的核心技术【知识链接】1.环境感知技术（1）机器人对传感器的要求环境感知技术作为机器人系统不可或缺的一部分，与智能机器人的地图构建、运动控制等功能息息相关。机器人的感知功能通常需要通过各类传感器来实现。（2）环境感知技术对机器人的作用①对机器人地图构建功能的补充；②帮助机器人对周围环境进行检测、识别和追踪；③使机器人能够观察和理解人类行动，与人类友好共存。强抗干扰能力由于机器人工作环境复杂未知，因此机器人需具备抗电磁干扰、灰尘和油垢等恶劣环境的干扰能力高精度传感器帮助机器人自主完成既定工作，如果其精度差，则直接影响机器人的质量。高可靠性若传感器不稳定，很容易导致机器人出现故障，严重则可能造成重大事故。表机器人对传感器的三大要求1.4.1服务机器人的核心技术1.4服务机器人的核心技术【知识链接】1.环境感知技术（3）多传感器融合技术环境感知技术作为机器人系统不可或缺的一部分，与智能机器人的地图构建、运动控制等功能息息相关。机器人的感知功能通常需要通过各类传感器来实现。目前，为提高服务机器人的自主移动能力，大多通过激光雷达、摄像头、毫米波雷达、超声波传感器、GPS这五类传感器及其之间的组合来实现机器人环境感知。各类型传感器对比如表所示。传感器类型探测距离精度优点缺点激光雷达>100米极高实时测量周围物体与自身距离易受恶劣天气影响摄像头50米一般能够辨别物体易受光影响，辨别能力依赖算法，识别稳定性较差毫米波雷达250米较高性价比高无法探测行人超声波传感器3米内高能探测绝大部分物体无法进行远距离探测GPS--短期测量精度高能实现全局视角定位无法获得周围障碍物的位置信息表各类传感器对比1.4.1服务机器人的核心技术1.4服务机器人的核心技术【知识链接】2.运动控制技术（1）主要实现方式运动控制指机器人为完成各种任务和动作所执行的各种控制手段，既包括各种硬件系统，又包括各种软件系统。运动控制系统是提高机器人性能的关键因素，主要包含位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力矩控制几种控制类型。服务机器人的运动控制主要有电机系统和液压系统两种实现方式。电机系统液压系统技术成熟度高系统复杂性高，定制设计比较多优点控制灵活，使用方便功率密度大，力矩惯量大缺点输出功率小、传动部件容易磨损发热大，效率低，精度要求高应用移动机器人和小型人形机器人大型人形机器人或四足机器人服务机器人运动控制主要动力实现方式1.4.1服务机器人的核心技术1.4服务机器人的核心技术【知识链接】2.运动控制技术（2）主要研究方向运动控制指机器人为完成各种任务和动作所执行的各种控制手段，既包括各种硬件系统，又包括各种软件系统。运动控制系统是提高机器人性能的关键因素，主要包含位置控制、速度控制、加速度控制、转矩或力矩控制几种控制类型。服务机器人在运动控制方面的主要研究方向为定位导航与运动协调控制技术。定位导航机器人需要通过环境感知，对自身和目标进行定位、导航和运动规划，SLAM技术是目前广泛应用的导航技术。运动协调控制机器人需要应对复杂多样的行走环境，对自身的姿态和动作进行协调。主流SLAM技术有激光SLAM和V-SLAM，激光SLAM成熟应用广泛，V-SLAM是未来研究趋势。1.4.1服务机器人的核心技术1.4服务机器人的核心技术【知识链接】3.人机交互技术人机交互是指使用计算机外接硬件设备，以有效方式实现人与计算机对话的技术。人通过输入设备向机器输入语音、文本、图像、触控等信号，机器通过输出或显示设备向人提供相关反馈信号。多模态人机交互系统及其控制方法1.4.1服务机器人的核心技术1.4服务机器人的核心技术【知识链接】3.人机交互技术人机交互是指使用计算机外接硬件设备，以有效方式实现人与计算机对话的技术。人通过输入设备向机器输入语音、文本、图像、触控等信号，机器通过输出或显示设备向人提供相关反馈信号。（1）语音交互技术语音交互基本流程基于语音的人机交互是主要的人机交互形式之一。它以语音为主要信息传递方式，使机器能够像人一样听、说、自然地交流，并能准确回答问题。其主要优势在于使用简便、信息传递高效，同时也能解放双手和双眼。1.4.1服务机器人的核心技术1.4服务机器人的核心技术【知识链接】3.人机交互技术人机交互是指使用计算机外接硬件设备，以有效方式实现人与计算机对话的技术。人通过输入设备向机器输入语音、文本、图像、触控等信号，机器通过输出或显示设备向人提供相关反馈信号。（1）语音交互技术国内主要的语音技术供应商国内主要技术供应商有科大讯飞、云知声、思必驰、出门问问等，专注于智能语音技术。科大讯飞在语音识别方面领先，市场份额最大。整体行业语音识别成功率高，但仍需改善环境影响和人性化沟通等问题。1.4.1服务机器人的核心技术1.4服务机器人的核心技术【知识链接】3.人机交互技术人机交互是指使用计算机外接硬件设备，以有效方式实现人与计算机对话的技术。人通过输入设备向机器输入语音、文本、图像、触控等信号，机器通过输出或显示设备向人提供相关反馈信号。（2）体感交互技术体感交互的四大特性体感交互是通过识别人的姿势实现人与机器的互动。它利用摄像系统建立三维空间，并感应出人与设备之间的距离和物体大小。这种交互方式不同于传统的鼠标、键盘或多点触摸，而是结合了即时动态捕捉、图像识别、语音识别和VR等技术。交互方式的合理性交互动作的设计需要考虑动作的使用频率和用户的疲劳程度交互行为的简洁性用户需要对行为进行认识和理解，降低用户认知负荷与学习成本交互意图的准确性明确的动作触发指示能够减少判断失误交互反馈的即时性决定了交互过程的流畅程度，从而进一步影响用户参与意愿1.4.1服务机器人的核心技术1.4服务机器人的核心技术【知识链接】4.操作系统技术机器人操作系统（ROS）是一种开源操作系统，专为机器人设计。它提供了获取、构建、编写和运行多机器人集成的工具和程序。ROS可以提高机器人开发代码的复用率，简化多个机器人平台之间创建复杂和鲁棒机器人行为的任务。目前全球主流的机器人操作系统包括Android和ROS系统。大多数服务机器人操作系统都是基于Linux内核开发的，使用ROS作为底层算法系统。ROS具有分布式计算、软件复用、快速测试和免费开源等优势，适用于服务机器人在复杂应用场景中的多节点多任务需求。UbuntuLinux系统ROS系统1.4.1服务机器人的核心技术1.4服务机器人的核心技术【知识链接】5.芯片技术芯片是指内含集成电路的硅片。芯片是机器人的大脑，用于定位导航、视觉识别、处理传输、规划执行等功能。芯片包括通用芯片和专用芯片，通用芯片可广泛应用，而专用芯片一般是专门为服务机器人定制。智能服务机器人目前主要使用通用芯片，包括CPU、GPU和FPGA。传统的CPU是计算机核心，GPU在图形处理和深度神经网络计算方面性能更强。虽然FPGA没有通用计算功能，但在简单运算上效率高且功耗低。在深度神经网络预测系统中，FPGA的性能超出其他芯片，在相同功率下，32线程下的速度/功耗比约为CPU的42倍，约为GPU的25倍。CPU、GPU、FPGA不同线程处理速度对比通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】典型服务机器人系统组成1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统机器人的机身是连接、支撑和传动手臂及行走机构的基础部分，包括手臂运动机构、导向装置和支撑件。根据机器人的运动方式和使用条件不同，采用的驱动装置、传动机构和导向装置也会有所差异，导致机身结构各异。固定式机器人机身直接联接在地面，移动式机器人机身安装在移动机构上。驱动装置通常安装在机身上，实现手臂的各种运动。常见的机身结构类型有升降回转型、俯仰型、直移型和类人机器人结构。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（1）机身（a）升降回转型机身结构（b）俯仰型机身结构（c）直移型机身结构（d）类人形机身结构1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统手臂是机器人执行机构的重要组成部分，通常具有3个自由度，用于伸缩、左右回转和升降（或俯仰）运动。手臂的各种运动由驱动机构和传动机构实现，需承受物体重量和末端执行器、手腕及手臂自身的重量。手臂的结构、工作范围、灵活性、工作载荷和定位精度直接影响机器人性能，因此设计需根据抓取重量、自由度、运动速度和定位精度等要求进行。按手臂的结构形式区分，手臂有单臂式、双臂式等结构。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（2）手臂按手臂结构形式分1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统手臂是机器人执行机构的重要组成部分，通常具有3个自由度，用于伸缩、左右回转和升降（或俯仰）运动。手臂的各种运动由驱动机构和传动机构实现，需承受物体重量和末端执行器、手腕及手臂自身的重量。手臂的结构、工作范围、灵活性、工作载荷和定位精度直接影响机器人性能，因此设计需根据抓取重量、自由度、运动速度和定位精度等要求进行。按手臂的运动形式区分，手臂有直线运动、回转运动、俯仰运动、复合运动等结构。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（2）手臂四导向柱式臂部伸缩机构1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统机器人手臂的直线运动可以通过多种方式实现，常见的方法包括使用活塞油（汽）缸、齿轮齿条机构、丝杠螺母机构以及连杆机构。其中，活塞油（汽）缸在机器人手臂结构中得到广泛应用，因为它具有体积小、重量轻的特点。右图所示为一种采用四根导向柱的手臂伸缩机构。该机构通过油缸1来驱动手臂的垂直伸缩运动。这种结构的特点是行程较长，能够承载较大的重物。当需要抓取形状不规则的物体时，为了防止产生较大的偏重力矩，可以采用四根导向柱。这种结构在箱体加工线等场景中被广泛使用。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（2）手臂--直线运动机构四导向柱式臂部伸缩机构1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统实现机器人手臂回转运动的常见机构包括齿轮传动机构、链传动机构和连杆机构。其中，齿轮齿条机构通过齿条的往复移动带动齿轮作往复回转，实现手臂的回转运动。活塞缸可以由压力油或压缩气体驱动，从而带动齿条的往复移动。机器人手臂的俯仰运动通常使用活塞油（汽）缸和连杆机构结合实现。活塞缸位于手臂下方，活塞杆通过铰链连接手臂，缸体通过耳环或销轴与立柱连接，如右图所示。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（2）手臂--回转和俯仰运动机构铰接活塞缸实现手臂俯仰运动结构示意图1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统机器人手臂复合运动结合直线和回转运动，传动简单可靠，广泛用于固定动作的专用机器人。这种运动模式简化了驱动和控制系统，提高了机器人的工作准确性和可靠性。除手臂外，手腕也可以实现复合运动，通过不同的动力部件和常用机构组合，按照规定轨迹或运动要求完成手臂和手腕的动作。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（2）手臂--复合运动机构1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统机器人手腕是连接机器人手（手爪）和手臂的部件，它的作用是调节或改变被抓物体的方位，具有独立的自由度。一般采用三自由度多关节机构，由旋转关节和摆动关节组成。为了使手部能处于空间任意方向，通常要求腕部能实现对空间3个坐标轴x、y、z的转动，即具有翻转、俯仰和偏转3个自由度，如右图所示。通常把手腕的翻转称为Roll，用R表示；把手腕的俯仰称为Pitch，用P表示；把手腕的偏转称为Yaw，用Y表示。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（3）手腕手腕的自由度1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统手腕的自由度根据机器人的工作性能要求确定，有些只有两个自由度：翻转和俯仰或翻转和偏转；有的甚至没有手腕。为满足特殊需求，有些手腕需要额外的横向移动自由度。手腕安装在机器人手臂末端，其大小和重量是设计时需要考虑的关键问题，尽量采用紧凑的结构和合理的自由度。根据自由度的数目和驱动方式的不同，手腕可以分为单自由度、二自由度、三自由度手腕以及直接驱动和间接驱动手腕。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（3）手腕单自由度手腕二自由度手腕1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统手腕的自由度根据机器人的工作性能要求确定，有些只有两个自由度：翻转和俯仰或翻转和偏转；有的甚至没有手腕。为满足特殊需求，有些手腕需要额外的横向移动自由度。手腕安装在机器人手臂末端，其大小和重量是设计时需要考虑的关键问题，尽量采用紧凑的结构和合理的自由度。根据自由度的数目和驱动方式的不同，手腕可以分为单自由度、二自由度、三自由度手腕以及直接驱动和间接驱动手腕。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（3）手腕三自由度手腕1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统手腕的自由度根据机器人的工作性能要求确定，有些只有两个自由度：翻转和俯仰或翻转和偏转；有的甚至没有手腕。为满足特殊需求，有些手腕需要额外的横向移动自由度。手腕安装在机器人手臂末端，其大小和重量是设计时需要考虑的关键问题，尽量采用紧凑的结构和合理的自由度。根据自由度的数目和驱动方式的不同，手腕可以分为单自由度、二自由度、三自由度手腕以及直接驱动和间接驱动手腕。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（3）手腕液压直接驱动BBR手腕1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统手腕的自由度根据机器人的工作性能要求确定，有些只有两个自由度：翻转和俯仰或翻转和偏转；有的甚至没有手腕。为满足特殊需求，有些手腕需要额外的横向移动自由度。手腕安装在机器人手臂末端，其大小和重量是设计时需要考虑的关键问题，尽量采用紧凑的结构和合理的自由度。根据自由度的数目和驱动方式的不同，手腕可以分为单自由度、二自由度、三自由度手腕以及直接驱动和间接驱动手腕。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（3）手腕远程传动手腕1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统机器人手是机器人用于抓取和握紧工具进行操作的部件，具有仿人手动作功能和触觉识别功能。由方形手掌和节状手指组成，装有触敏元件和热敏元件。手指连接轴上有电位器转换手指弯曲角度信息。机器人手具有灵巧的指、腕关节，可感知抓握物体重量，具备人手功能。根据被握物体属性可分为夹钳式、吸附式、专用操作器和仿生多指灵巧手等类型，如右图所示。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（4）手（手爪）夹钳式取料手吸附式取料手仿生多指灵巧手1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统行走机构是机器人行走的重要执行部件，支撑机器人身体，并根据任务需求使其在空间内移动。按运动轨迹分为固定轨迹式和无固定轨迹式两种类型，分别用于工业机器人和移动机器人。根据结构特点，行走机构可分为车轮式、履带式、足式等类型，还包括步进式、蠕动式、混合式和蛇行式等适用于不同场景的形式。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（5）行走机构固定轨迹--行走式无固定轨迹--足式无固定轨迹--轮式无固定轨迹--履带式1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统a.车轮式行走机构车轮式行走机构具有移动平稳、能耗小以及容易控制移动速度和方向等优点。轮式移动机器人是目前移动机器人使用较为普遍的一种机器人，其使用的驱动轮通常分为普通轮、全向轮和万向轮等。按照轮子类型不同和数量不同又分为单轮滚动、两轮差动、三轮全向、四轮全向等。在实际应用比较多的轮式行走机构通常为3轮式或4轮式，如右图所示。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（5）行走机构常见轮式行走机构1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统b.履带式行走机构履带式行走机构由履带、驱动链轮、支承轮、托带轮和张紧轮组成。相较于车轮式行走机构，履带式的特点如下：支承面积大，适合松软或泥泞场地作业，通过性能好；越野机动性能好，爬坡、越沟等性能优于车轮式结构；履带上有履齿，不易打滑，牵引性能好；转向靠左右履带速度差实现，横向和前进容易产生滑动；结构复杂、重量大、运动惯性大，减震性能差，易受损。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（5）行走机构履带式行走机构1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统c.足式行走机构足式行走机构相比轮式行走和履带式行走机构更具适应性，尤其在有障碍物或难以接近的工作场景下更具优势。足式行走机构可以行走在平地和不平地面上，并能跨越沟壑和台阶。根据保持平衡方式的不同，足式行走机构可分为静态稳定和动态稳定的多足机构。根据足的数量，足式行走机构可分为单足、双足、三足、四足、六足、八足等。其中，双足和四足机构适应性和灵活性最好，最接近人类和动物，因此应用最广泛。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（5）行走机构足式机器人1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。1.机械系统c.足式行走机构双足行走机构原理图如右图所示。双足机器人行走机构是空间连杆机构，在行走过程中，行走机构始终满足静力学的静态平衡条件，也就是机器人的重心始终落在支持地面的一脚上。服务机器人的机械系统通常包括机身、手臂、手腕、手（手爪）、行走机构等部分。（5）行走机构双足行走机构原理1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。2.驱动系统是机器人动作的关键部件，由驱动装置组成，根据控制信号使机器人运动。可分为电动、液压、气动及其综合系统。（1）电动驱动电动驱动是机器人常用的驱动方式，通过各种电动机产生力矩和力来驱动机器人执行运动。常见电机包括直流电机、伺服电机和步进电机，能将电信号转换为轴上的角位移或角速度输出。例如，水下机器鱼通常使用直流电机驱动曲柄机构产生拍动，推动机器鱼前行；仿人形机器人则采用永磁式直流伺服电机驱动手部、腰部和腿部关节运动。（a）水下机器鱼（b）

人形机器人电动驱动机器人1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。2.驱动系统是机器人动作的关键部件，由驱动装置组成，根据控制信号使机器人运动。可分为电动、液压、气动及其综合系统。（2）液压驱动如右图所示猎豹机器人，是一种液压驱动的机器人，使用高压油作为工作介质。液压驱动系统具有动力大、力矩与惯量比大、响应快、易于实现直接驱动等优点，适用于承载能力大、重载搬运和零件加工的机器人。然而，液压系统需要进行能量转换（将电能转换为液压能），速度控制通常采用节流调速，效率比电动驱动系统低。液压系统的液体泄漏会对环境造成污染，同时工作噪音也较高，这限制了它在装配作业中的应用。液压驱动--猎豹机器人1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。2.驱动系统是机器人动作的关键部件，由驱动装置组成，根据控制信号使机器人运动。可分为电动、液压、气动及其综合系统。（2）液压驱动如右图所示猎豹机器人，是一种液压驱动的机器人，使用高压油作为工作介质。液压驱动系统具有动力大、力矩与惯量比大、响应快、易于实现直接驱动等优点，适用于承载能力大、重载搬运和零件加工的机器人。然而，液压系统需要进行能量转换（将电能转换为液压能），速度控制通常采用节流调速，效率比电动驱动系统低。液压系统的液体泄漏会对环境造成污染，同时工作噪音也较高，这限制了它在装配作业中的应用。液压驱动--猎豹机器人1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。2.驱动系统是机器人动作的关键部件，由驱动装置组成，根据控制信号使机器人运动。可分为电动、液压、气动及其综合系统。（3）气动驱动气动驱动系统具有速度快、系统结构简单，维修方便、价格低等特点。相比于液压驱动，气动驱动更适合在中、小负荷的机器人中采用，如图所示，Festo气驱蝙蝠。气动驱动--Festo气驱蝙蝠1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。2.驱动系统是机器人动作的关键部件，由驱动装置组成，根据控制信号使机器人运动。可分为电动、液压、气动及其综合系统。（4）其他驱动除了常用的驱动方式外，还有一些新型的驱动方式，如磁致伸缩驱动、形状记忆合金、静电驱动和超声波电机等。这些驱动方式主要应用于体积小、微型规模的机器人。例如，美国波士顿大学开发了一种压电微电机驱动的机器蚂蚁，通过压电微电机驱动每条腿运动，用于实验室中的尘埃收集或从活体病人身体中提取细胞。清华大学和美国加州大学伯克利分校的科学家们研发了一款以蟑螂为灵感的微型机器人，通过弯曲压电薄膜的结构谐振频率驱动，具有柔韧性和高度机动性，可以应用于救灾活动。机器蚂蚁蟑螂机器人1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。3.感知系统服务机器人的感知系统能够自主感知周围环境和自身状态，做出及时判断并将信息转换成输出信号的智能系统。它是服务机器人与人类交互并采取行动的基础，通常由传感器、测量电路、控制系统和数据处理系统等部分组成。服务机器人感知系统框图服务机器人感知系统的各类型传感器1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。3.感知系统根据传感器在机器人本体的位置不同，一般将机器人传感器分为内部传感器和外部传感器两大类，如右表所示。内部传感器用于检测各关节的位置、速度等变量，为闭环伺服控制系统提供反馈信息。外部传感器用于检测机器人与周围环境之间的一些状态变量，如距离、接近程度和接触情况等，用于引导机器人，便于其识别物体并做出相应处理。外部传感器可使机器人以灵活的方式对它所处的环境做出反应，赋予机器人一定的智能，其作用相当于人的五官。外部传感器（用于感知外部环境及环境变化）内部传感器（用于检测并感知机器人自身的状态）类型感知功能类型检测功能视觉传感器亮度、图像信息速度传感器速度、角速度听觉传感器声音信息加速度传感器加速度嗅觉（气体传感器）各种类型气体角度传感器倾斜角、方位角力觉传感器力、力矩力/力矩传感器力/力矩触觉传感器接触、滑动位移传感器位移热觉传感器温度温度传感器温度接近觉传感器距离

方向觉传感器方位角

表常用于服务机器人的传感器1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。4.控制系统控制系统是服务机器人的“大脑”，负责接收、处理和执行各种指令，实现机器人的运动和操作。控制系统还负责协调机器人内部各个部件的工作，确保机器人的稳定运行和安全性。控制系统通过传感器等感知设备获取环境信息，并根据预设的程序和算法做出相应的决策和反应。机器人控制系统是实时控制系统，以计算机控制技术为核心，包括硬件结构和软件系统。它根据机器人的功能、结构和运动方式，实现机器人的工作目标。随着技术发展，控制系统在服务机器人中扮演关键角色，提升性能并拓展应用领域。1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。4.控制系统（1）控制系统的结构形式机器人控制系统是实时控制系统，以计算机控制技术为核心，包括硬件结构和软件系统。它根据机器人的功能、结构和运动方式，实现机器人的工作目标。控制系统的结构形式串行处理结构串行处理结构是机器人控制算法由串行机来处理。根据计算机结构和控制方式，可分为单CPU结构集中控制方式、二级CPU结构主从控制方式和多CPU结构分布式控制方式。并行处理结构为满足串行结构控制器中的实时计算要求，可采用高档微机或小型机，或者采用多处理器并行计算来提高控制器的计算能力。构建并行处理结构的机器人控制器的计算机系统通常采用：开发机器人控制系统专用的VLSI、利用有并行处理能力的芯片式计算机构成并行网络，以及利用通用微处理器。1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。4.控制系统（2）控制系统的硬件结构机器人控制系统是实时控制系统，以计算机控制技术为核心，包括硬件结构和软件系统。它根据机器人的功能、结构和运动方式，实现机器人的工作目标。服务机器人控制系统的硬件目前，机器人控制系统采用上、下位机二级分布式结构：上位机管理系统、进行运动学计算和轨迹规划；下位机包括执行控制板、传感器模块、电机驱动模块和电源模块，接收上位机指令，输出PWM信号控制电机，并管理外围设备。服务机器人控制系统的硬件一般包括主机模块、执行控制模块、转接板、配套电源等部分。主机模块包括安卓板或X86板、显示器等；执行控制板模块由单片机和相应电路板组成，转接板包括一些端子和继电器，其功能是转接信号；电源用于控制系统供电。1.4.2典型服务机器人系统组成1.4服务机器人的核心技术【知识链接】通常来说，服务机器人的系统一般由机械系统、驱动系统、感知系统和控制系统组成。4.控制系统（3）控制系统的软件结构机器人控制系统是实时控制系统，以计算机控制技术为核心，包括硬件结构和软件系统。它根据机器人的功能、结构和运动方式，实现机器人的工作目标。人形服务机器人控制系统架构服务机器人的软件控制系统通常以计算机操作系统Windows、Linux等为基础，主要管理用户程序中功能模块的执行和函数调用，为传感器信息和控制信息的传递提供通道，以及提供机器人附件和其他扩展接口等中间组件，是最底层和最上层之间联系的纽带。1.5.1服务机器人技术展望1.5服务机器人的应用及其展望【知识链接】智能化发展趋势自主化发展趋势协同化发展趋势模块化发展趋势深度学习算法应用情感识别与表达自主学习与适应导航与定位技术环境感知与建模自主决策与执行多机器人协同人机协同云端协同功能模块化硬件标准化软件开源化1.5.2服务机器人应用展望1.5服务机器人的应用及其展望【知识链接】服务机器人工作应用场景实践任务1：列出你所知道的服务机器人类型和品牌实践任务1【动手实践】一、实践组织以小组调研讨论PK汇报的形式完成任务实践。二、实践内容以小组为单位，利用网络、期刊等途径，针对以下主题进行讨论。主题1：什么是机器人？机器人的发展历程都经历了哪些？主题2：什么是服务机器人？服务机器人都有哪些种类？主题3：我国的服务机器人厂商有哪些？主题4：服务机器人的核心技术有哪些？主题5：说一说你眼中的服务机器人是什么样的？每组利用15分钟进行归纳总结，并制作对此主题的分析PPT。每个小组依次派代表进行主题讨论结果演讲，最后由全体同学进行投票，决出优胜小组。实践任务2：玩转“多模态人形机器人--悟空”实践任务2【动手实践】基于前面对服务机器人的概念、种类以及服务机器人的核心技术学习与了解，依托多模态人形机器人进行服务机器人体验实训，感受服务机器人的智能化和趣味性。任务描述任务目标通过玩转“多模态人形机器人—悟空”实践任务主要达到以下目标：①深入了解服务机器人的核心技术、系统组成以及应用场景；②认识多模态人形机器人的交互方式，体验多模态人形机器人的运动控制、机器视觉和语音识别等功能；③能熟练操作多模态人形机器人。实践任务2：玩转“多模态人形机器人--悟空”实践任务2【动手实践】任务实施（1）操作多模态人形机器人开关机①开机操作将人形机器人“悟空”放在平整的桌面上并摆成蹲下姿势。长按开机键，直到“悟空”嘴部LED灯亮起白色即可松手。开机需等待60秒左右，当人形机器人“悟空”说“我已经准备好了”后即开始使用。首次开机后，可根据人形机器人“悟空”提示进行设置。②关机操作长按电源键3秒，直到人形机器人“悟空”提示关机；对人形机器人“悟空”说“悟空悟空，关机”。人形机器人“悟空电源键实践任务2：玩转“多模态人形机器人--悟空”实践任务2【动手实践】任务实施（2）机器人联网设置①下载安装手机应用扫描如图所示二维码或前往APPStore及安卓市场下载“悟空教育版”。②蓝牙连接打开悟空教育版APP后会收到需要打开手机蓝牙的提示，可根据提示打开手机蓝牙。①下载安装手机应用②蓝牙连接实践任务2：玩转“多模态人形机器人--悟空”实践任务2【动手实践】任务实施（2）机器人联网设置③选择配网方式先根据提示对机器人进行“批量配网”设置。完成后点击勾选“悟空已经开机成功”。再根据提示进入机器人联网方式选择。可选择使用“WiFi”或“移动网络”。④开始配网打开悟空教育版APP后会收到需要打开手机蓝牙的提示，可根据提示打开手机蓝牙。③选择配网方式④开始配网实践任务2：玩转“多模态人形机器人--悟空”实践任务2【动手实践】任务实施（3）连接机器人—悟空点击“连接机器人”，在跳转后的页面输入机器人序列号。即输入机器人背部的条形码后四位数。悟空机器人联网连接成功后，可在悟空教育APP界面右上角可看到与悟空机器人背部条形码后4位一致的数字。实践任务2：玩转“多模态人形机器人--悟空”实践任务2【动手实践】任务实施（4）人形机器人“悟空”运动表演①舞蹈表演通过语音唤醒人形机器人“悟空”进行舞蹈表演，例如，可以对机器人说“悟空悟空，跳个舞吧”，就会开始跳舞表演；也可以通过APP中“动作广场”展示舞蹈。②动作表演通过语音唤醒人形机器人“悟空”进行动作表演，例如，可以对机器人说“悟空悟空，做个俯卧撑”，就会开始表演俯卧撑；也可以通过APP中“动作广场”展示动作。①舞蹈表演②动作表演实践任务2：玩转“多模态人形机器人--悟空”实践任务2【动手实践】任务实施（5）与人形机器人“悟空”互动多模态人形机器人“悟空”有丰富的互动功能，它能播放海量高品质的无损音乐；它能表演各大热门的流行舞曲及专属舞蹈；它能语音拍照；它还支持查询最新新闻资讯、体育赛事等。悟空的舞蹈和体育赛事互动功能如图所示。与人形机器人“悟空”互动实践任务2：玩转“多模态人形机器人--悟空”实践任务2【动手实践】任务实施（6）对人形机器人“悟空”进行自定义功能训练多模态人形机器人“悟空”可以自定义设置语音指令和行为，让人形机器人“悟空”听到语音指令即执行相对应的行为，具体操作如图所示。设置行为技能训练设置指令添加技能实践任务2：玩转“多模态人形机器人--悟空”实践任务2【动手实践】任务实施（7）对人形机器人“悟空”进行AI编程①编导“晃脑袋”动作a.进入动作编导界面：点击“AI编动作”，进入动作编导界面。b.操纵关节：人形机器人“悟空”有6个关节，分别设在“头部”、“腰部”、“左臂”、“右臂”、“左腿”和“右腿”的位置，选中“头部”，即可自由操纵“头部”的角度。将“头部”移动至正中间位置，按下“添加”，时间1.0秒；将“头部”移动至最左侧位置，按下“添加”，时间1.0秒；将“头部”移动至最右侧位置，按下“添加”，时间1.0秒；将“头部”移动至正中间位置，按下“添加”；添加完成后，即可看到编“晃脑袋”动作界面图。根据屏幕提示，开始执行动作，执行过程中，也可通过按键停止动作。最后，保存动作，并命令为“晃脑袋”。编导“晃脑袋”动作步骤实践任务2：玩转“多模态人形机器人--悟空”实践任务2【动手实践】任务实施（7）对人形机器人“悟空”进行AI编程②编导“挠痒”动作a.操纵关节：选中人形机器人“悟空”的“右臂”，即可自由操纵“右臂”的角度。先将“右臂”移动至正中间位置，按下“添加”，时间1.0秒；再将“右臂”先后移动至头部、头部旁边、头部位置，分别按下“添加”，时间1.0秒；接着将“右臂”移动至正中间位置，按下“添加”；添加完成后，即可看到编“挠头”动作界面图。最后执行动作演示，并将该动作保存。编导“挠痒”动作【项目评价】班级

姓名

学号

日期

自我评价1.能阐述服务机器人的定义、分类及应用场景□是□否2.能阐述服务机器人的发展历程□是□否3.能阐述服务机器人的核心技术、系统组成□是□否4.能列出常见服务机器人类型和品牌□是□否5.能正确操作人形机器人“悟空”的开关机□是□否6.能正确配置人形机器人“悟空”的网络□是□否7.能与人形机器人“悟空”进行互动操作□是□否8.在完成任务时遇到了哪些问题？是如何解决的？

9.能独立完成工作页/任务书的填写□是□否10.能按时上、下课，着装规范11.学习效果自评等级□优□良□中□差总结与反思：小组评价1.在小组讨论中能积极发言□优□良□中□差2.能积极配合小组完成工作任务□优□良□中□差3.在查找资料信息中的表现□优□良□中□差4.能够清晰表达自己的观点□优□良□中□差5.安全意识与规范意识□优□良□中□差6.遵守课堂纪律□优□良□中□差7.积极参与汇报展示□优□良□中□差教师评价综合评价等级：评语：教师签名：日期：【项目小结】本项目主要学习了家庭服务机器人的概念、分类及发展概况，核心技术、应用场景；通过对人形教育机器人“Yanshee”的基本操作，体验教育服务机器人的智能化以及人工智能技术在教育服务机器人中的应用。【项目习题】一、填空题1.我国科学家对机器人的定义是：__________________________________________________。2.中国电子学会结合中国机器人产业发展特性，将机器人分为以下三类：______________、_________________、______________________。3.根据国际机器人联合会（IFR）定义，服务机器人是一种_________或________工作的机器人，它能完成有益于人类的________工作，但不包括从事生产的设备。4.中国电子学会结合中国机器人产业发展特性，根据服务机器人应用场景细分不同，将服务机器人分为_______________、_________________和_____________________。5.随着人工智能技术的演进和市场需求的变化与时俱进，服务机器人的发展历程大致可分为：_______________、_________________、___________________三个阶段。6.服务机器人系统通常由_____________、______________、______________和________________组成。7.机器人对传感器的三大要求：______________、______________和________________。8.服务机器人的运动控制主要有_________________系统和________________系统两种实现方式。【项目习题】二、选择题1.机器人的感知功能通常需要通过（）来实现。A.传感器 B.电机C.控制器 D.芯片2.除了环境感知技术以外，以下哪些选项属于服务机器人的核心技术。（）A.芯片技术 B.运动控制技术C.操作系统技术 D.人机交互技术3.服务机器人的机械系统通常包括（）和行走机构等部分。A.机身、手臂、手腕、手（手爪）B.基座、关节C.传动机构、驱动装置D.机身、基座、立柱、机械手4.以下哪些属于服务机器人的外部传感器。（）A.速度传感器 B.角度传感器C.位移传感器 D.视觉传感器5.服务机器人的软件控制系统通常以计算机操作系统（）等为基础。A.ROS和树莓派 B.AndroidC.Windows D.Linux【项目习题】三、简答题1.我国《机器人分类》（GB/T39405-2020）标准文件中对机器人的定义是什么？2.服务机器人的发展经历了哪三个阶段？3.简述多模态人形机器人“悟空”的硬件功能和软件功能有哪些？谢谢聆听THANKS项目2认识家用服务机器人目录CONTENTES项目导入1学习目标2知识链接3动手实践4项目评价5项目小结6项目习题7

随着社会经济的进步以及机器人技术的发展与成熟，家庭服务机器人将是继个人计算机之后的一个新兴产业，将是第三个以超规模速度走向家庭的产品，具有广阔的市场空间。家用服务机器人，很重要的一个定义就是服务于人类，包括家务需求、小孩教育陪伴等，它面向千家万户，需求市场十分广阔。【项目导入】1.了解个人/家用服务机器人的分类。2.了解工具型机器人的典型案例和应用。3.了解教育型机器人的典型案例和应用。4.了解开源人形双足教育机器人的基本功能。5.能够简单操作开源人形双足教育机器人。【学习目标】【知识链接】2.1个人/家用服务机器人简介2.1.1定义与分类个人/家用服务机器人是能够代替人类完成家庭及个人服务工作的机器人。它包括行进装置、感知系统、控制系统、执行装置、存储装置、交互装置和服务功能装置等。使用这类机器人通常不需要用户具备机器人相关的专业知识和技能。教育教学助老助残情感陪伴智能家居数字娱乐健康医疗文化体育家用服务机器人根据使用用途和应用场景家政机器人

娱乐机器人

安防监控机器人

个人/家用服务机器人分类根据使用用途和应用场景的不同，个人/家用服务机器人可分为家政、教育、娱乐、养老助残、安防监控机器人等。根据功能细分和用户需求的不同，又可将其分为工具型服务机器人和教育型服务机器人。【知识链接】2.1个人/家用服务机器人简介2.1.1定义与分类个人/家用服务机器人是能够代替人类完成家庭及个人服务工作的机器人。它包括行进装置、感知系统、控制系统、执行装置、存储装置、交互装置和服务功能装置等。使用这类机器人通常不需要用户具备机器人相关的专业知识和技能。按照智能化程度和用途的不同，目前的个人/家用服务机器人还可以分为初级小家电类机器人、幼儿早教类机器人、和人机互动式个人/家用服务机器人。初级小家电类机器人幼儿早教类机器人按照智能化程度和用途的不同人机互动式个人/家用服务机器人【知识链接】2.1个人/家用服务机器人简介2.1.2发展概况中国在20世纪90年代中后期开始研究服务机器人技术，并在政策扶持和信息技术、人工智能技术的推动下迅速发展。家庭服务机器人市场在2005年前后初具规模，自2011年以来，国内家庭服务机器人企业数量逐渐增加，截至2021年6月底已达到355家。目前，国内家庭服务机器人包括扫地机器人、炒菜机器人、教育机器人、家庭陪伴机器人和智能玩具机器人等各种类型。1999年：日本索尼公司推出宠物机器人爱宝2002年：美国IRobot公司推出了家用清洁机器人Rcombam2004年，韩国的SK公司推出安保机器人Mastitech国外国内20世纪90年代中后期起步阶段2005年前后至今快速发展阶段1.发展历程【知识链接】2.1个人/家用服务机器人简介2.1.2发展概况近年来，受国家政策支持、居民收入增加、社会需求扩大和相关技术进步等因素影响，中国家庭服务机器人行业迅速发展，市场规模不断扩大。据《2021年中国家庭服务机器人行业研究报告》显示，中国家庭服务机器人的渗透率仅为4.3%，2013年市场规模为9.6亿元，而到2020年已增长至114.6亿元，复合年增长率达42.5%。家庭服务机器人已成为服务机器人行业中的重要品类。2.市场规模及增速中国家庭服务机器人市场规模变化情况（单位：亿，%）数据来源：深圳市人工智能行业协会【知识链接】2.1个人/家用服务机器人简介2.1.2发展概况为促进家庭服务机器人行业发展，国家出台支持政策，如《中国制造2025》、《关于促进机器人产业健康发展的通知》、《关于促进老年用品产业发展的指导意见》等政策。随着中老年人口增加和社会老龄化，2030年全国养老产业规模预计将达22.3万亿元。未来，国内养老陪护机器人市场有望快速增长，为人们提供更轻松、舒适的居家环境。家庭服务机器人或许将成为人们生活中的助手，类似于手机普及的情形。3.发展前景发布时间文件名称相关内容2015.05《中国制造2025》围绕医疗健康、家庭服务、教育娱乐等服务机器人应用需求，积极研发新产品，促进机器人标准化、模块化发展，扩大市场应用。2016.12《关于促进机器人产业健康发展的通知》面向国家战略需求和民生重大问题，创新支持政策和应用模式，推动服务机器人在助老助残、医疗康复、应急救援、公共服务等领域的应用示范，及时总结试点示范经验并有序推广。2017.07《新一代人工智能发展规划》攻克智能机器人核心零部件、专用传感器，完善智能机器人硬件接口标准、软件接口协议标准以及安全使用标准。研制智能服务机器人，实现大规模应用并进入国际市场。2019.10《制造业设计能力提升专项行动计划（2019-2022年）》在机器人领域，重点突破系统开发平台和伺服机构设计，多功能工业机器人、服务机器人、特种机器人设计等。2019.12《关于促进老年用品产业发展的指导意见》支持智能交互、智能操作、多机协作等关键技术研发，提升家庭服务机器人等适老产品的智能水平、实用性和安全性。2020.12《国务院办公厅关于促进养老托育服务健康发展的意见》推进智能服务机器人后发赶超，启动康复辅助器具应用推广工程，实施智慧老龄化技术推广应用工程，实施智慧老龄化技术推广应用工程，构建安全便捷的智能化养老基础设施体系2021.03《“十四五”规划》应用感应控制、语音控制、远程控制等技术手段，发展服务机器人等家庭服务机器人国家政策【知识链接】2.1个人/家用服务机器人简介2.1.3核心技术家庭服务机器人的核心技术包括人机交互、导航及路径规划、多机器人协调、人工智能、云计算等，具体涉及语音、语义、处理器、算法、通讯、大数据、物联网等，以实现家庭服务机器人的自主性、适应性、智能性。人机交互人工智能导航及路径规划多机器人协调云计算语音语义处理器算法通讯大数据物联网【知识链接】2.1个人/家用服务机器人简介2.1.3核心技术1.环境感知技术环境感知就是利用各种传感器采集环境信息，并将信息传输给家庭服务机器人决策模块进行分析和处理的技术。环境感知技术为家庭服务机器人定位建图、路径规划、运动控制提供依据。环境感知模块构成【知识链接】2.1个人/家用服务机器人简介2.1.3核心技术2.定位建图技术SLAM(simultaneouslocalizationandmapping)即同步定位与地图构建，指解决家庭服务机器人在未知环境中通过传感器采集信息，确定自身具体位置和姿态并构建其所探索环境的地图，从而实现自主移动的方法。SLAM是家庭服务机器人实现自主化的重要技术。经典SLAM框架【知识链接】2.1个人/家用服务机器人简介2.1.3核心技术3.路径规划技术路径规划技术通过选择最短或运算时间消耗最短的路径来避障。其核心问题是在一定约束条件下找到最优解。根据环境信息已知程度的不同，路径规划可分为全局和局部两种类型。全局路径规划是在已知环境信息下规划行走路线，而局部路径规划是在未知或部分未知环境情况下规划路线。目前，国内家庭服务机器人市场主要以全局规划类产品为主。不同路径规划比较类型全局路径规划局部路径规划区别完全知道环境信息完全未知或部分未知环境信息优点对机器人系统实时计算能力要求不高；规划结果是全局的、较优的对环境信息的误差和变化鲁棒性好缺点对环境信息的误差和变化鲁棒性差对机器人系统实时计算能力要求高；规划结果可能不是最优的，甚至找不到正确路径算法Dijkstra算法、A*算法、自由空间法、可视图算法、单元分解法、快速随机搜索树算法等D*算法、动态窗口法、LPA*算法、D*Lite算法、DDPG算法、TEB算法等【知识链接】2.1个人/家用服务机器人简介2.1.3核心技术4.人机交互技术人机交互技术是指人与计算机或机器设备通过触控、语音、体感、脑机等方式进行交流的技术，是家庭服务机器人和人工智能领域的关键技术之一。优秀的人机交互设计可以提升家庭服务机器人的智能水平，改善用户体验。听觉交互视觉交互力触觉交互主流交互方式语音识别触摸感应手势识别表情识别人脸识别表情识别【知识链接】2.2家政服务机器人2.2.1扫地机器人简介扫地机器人是智能家电的一种，具备自主清洁能力，由清洁模块和自主导