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国内近几年服务机器人发展趋势研究

国内近几年服务机器人发展趋势研究

机器人学的进步与应用是二十世纪自动控制最有说服力的成就,是当代最高意义的自动化,尤其在当今的工业制造中,机器人学已取得了最伟大的成功。进入二十一世纪,人们已经愈来愈亲身地感受到机器人深入生产、生活和社会的坚实步伐。一方面随着各个国家老龄化越来越严重,更多的老人需要照顾,社会保障和服务的需求也更加紧迫,老龄化的家庭结构必然使更多的年青家庭压力增大,而且生活节奏的加快和工作的压力,也使得年轻人没有更多时间陪伴自己的孩子,随之酝酿而生的将是广大的家庭服务机器人市场。另一方面服务机器人将更加广泛地代替人从事各种生产作业,使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产作业中解放出来。本文对服务机器人技术的研究现状和应用及其未来发展进行了综述。以下为几种服务机器人的发展状况:


  (一)水下机器人

  水下机器人也称作无人水下潜水器,它并不是人们通常想象的具有人类形状的机器,而是一种可以在水下代替人完成某种任务的装置。

  智能水下机器人需要适应复杂的海洋环境,其载体不仅要有耐压、水密和承受负载的能力,而且需要有低阻力,高推进的效率和实现空间运动能力。另外,十分有限的空间,需配置不同性能的多种传感器以满足环境探测、目标识别、自主航行和自主完成任务的需要。这些设备的系统集成设计要确保系统的信息流和控制流的正常工作,所以系统各个部分的电磁兼容和可靠性就显得十分重要。由于海洋环境复杂,获取水下目标信息的手段十分有限,声探测距离远,所以是目前的主要手段,但对于依靠图像的目标识别仍有难度。根据水声专家的预测,依靠反射特性可能是解决识别的正确途径[1]。另外,激光成像具有微光成像的特点,距离又增加,是一种比较理想的手段,然而要满足对水下目标识别的要求,仍有不少技术难关需攻破。现有的水下机器人多采用传统的铅酸电池、银锌电池、锂离子电池。目前,国际上大力发展新型能源主要有水下蓄热式热电直接转换电池,水下质子交换膜燃料电池,水下铝氧燃料电池等,其中蓄热式热电直接交换电池最适合水下机器人使用。

  由于只能水下机器人在海洋研究和开发中具有远大的应用前景,在未来的水下信息获取,深水资源开发等都在广泛的应用[2]。因此水下机器人技术对世界各国来说都是一个重要的,值得积极开发的领域。

  (二)医用机器人

  医用机器人是机器人技术、计算机网络控制技术、数字图像处理技术、虚拟现实技术和医疗外科技术的结合,用于实现机器人辅助外科手术、康复医疗和医院服务等。

  医用机器人是目前国内外机器人研究领域中最活跃、投资最多的方向之一,其发展前景非常好,美、法、德、意、日等国家学术界对此给予了极大关注,研究工作蓬勃发展。从二十世纪九十年代起,国际先进机器人计划(IARP)已召开过多届医用机器人研讨会, 美国国防部高等研究计划局(DARPA)立项开展基于遥控操作机器人的研究,用于战伤模拟手术、手术培训、解剖教学。欧盟、法国国家科学研究中心也将机器人辅助外科手术及虚拟外科手术仿真系统作为重点研究发展的项目之一。

  中国人口众多,随着人们生活水平的提高和人口老龄化进程的加剧,我国正在成为高新技术医疗器械生产和使用大国,然而由于中国相关科技研究落后,医用机器人大量依赖进口,从而造成医疗费用增长,加重了病人负担。目前,医用机器人的研制主要集中在微创外科手术、康复和服务机器人系统等几个方面。

  由于机器人在定位的准确性和可靠性方面的优势,医用机器人已经被广泛的用于外科手术,并取得了很好的临床效果。但是由于一些原因,尤其是心理和其 它非技术原因,医用机器人仍有很长的路要走。随着科技的发展,医用机器人将涵盖包括外科手术、助残、医院看护、康复、医院服务等方面。

  (三)家庭机器人

  家庭服务机器人的出现减轻了家庭主妇的负担,让人们有更多的精力投入到工作。

  我国在服务机器人领域的研發与日本、美国等国家相比起步较晚[3]。1995年清华大学开发了一个七自由度移动式护理机器人,以高位截肢人员作为护理对象,目标是在无人看护的情况下替患者完成取药、送水翻书等工作。近年来,在国家863计划的支持下,我国在服务机器人研究和产品研发方面已开展了大量工作,并取得了一定的成绩,如哈尔滨工业大学研制的导游机器人、迎宾机器人、清扫机器人等[4];华南理工大学研制的机器人护理床;中国科学院自动化研究所研制的智能轮椅等。

  我国服务机器人市场从2005年前后才开始初具规模。目前,我国的家用服务机器人主要有吸尘器机器人、保安机器人。智能轮椅机器人、智能穿戴机器人、智能玩具机器人。

  尽管家用机器人前景光明,但目前阶段仍然受到技术的限制,如激光技术计算距离,使用雷达技术保持平衡,使用红外线摄像技术探测热能识别人的存在等。

  小结

  综上所述,尽管中国对服务机器人的研究起步很晚,但国家对此非常重视,花费了大量人力物力,团结了近千人的研究团队,构建了一批高水平的研究开发基地,为我国机器人技术的持续创新奠定了基础。目前我国服务机器人研究技术已跨入世界先进行列,但与日本、美国等国家相比还是有差距的,我国的科技工作者正在努力向前。由此得出,中国服务机器人的发展进入高速发展阶段,在不久的将来能与日本、美国等并驾齐驱,能够更好地改善人们的生活。

  参考文献:

  [1]徐玉如,李彭超.水下机器人发展趋势[J].2011(3).

  [2]徐玉如,苏玉民.关于发展只能水下机器人技术的思考[J].2008(4).

  [3]徐方;张希伟;杜振军.我国家庭服务机器人产业发展现状调研报告[R].机器人技术与应用, 第2期

  [4]吴爱燕;崔雪炜.家庭机器人的研究进展[J].唐山学院学报,第22卷第3期


作者: 宁波大红鹰学院机械与电气工程学院 丁帅文  来源: 《西江文艺》2017年第7期


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