服務(wù)機(jī)器人概況

1、服務(wù)機(jī)器人概況(黑龍江大學(xué)電子工程學(xué)院自動(dòng)化 哈爾濱150080)摘要：智能服務(wù)機(jī)器人技術(shù)代表一個(gè)國(guó)家高科技水平和自動(dòng)化程度，它具有廣闊的開展空間和市場(chǎng)前景。 本文介紹了服務(wù)機(jī)器人的定義和開展前景，分析了國(guó)內(nèi)外服務(wù)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，并闡述了當(dāng)前服務(wù)機(jī)器 人研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，最后展示服務(wù)機(jī)器人的未來(lái)開展方向和研究趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：服務(wù)；機(jī)器人；人工智能；多傳感器信息融合；智能；控制A PROFILE OF SERVICE ROBOTS(Automation Department, Institute of electronic Encgineering, Heilongjiang Universi

2、ty, Harbin 150080, China)Abstract: The technology of the intelligent service robot represents a national high-tech level and the degree of automation, it has a broad development space and market prospects. This article describes the definition and development prospects of service robots, analyses th

3、e current situation of service robot research at home and abroad, and introduces the key technologies in the fields of the current service robot research.Finally ,the direction of development and research trends of service robot in the future is showed.Keywords： service ; robot;artificial intelligen

4、ce; multi-sensor information fusion;intelligent ; control1引言機(jī)器人學(xué)的進(jìn)步與應(yīng)用是二十世紀(jì)自動(dòng)控制最有說(shuō)服力的成就，是當(dāng)代最高意義的自動(dòng) 化，尤其在當(dāng)今的工業(yè)制造中，機(jī)器人學(xué)已取得了最偉大的成功。進(jìn)入二十一世紀(jì)，人們已 經(jīng)愈來(lái)愈親身地感受到機(jī)器人深入生產(chǎn)、生活和社會(huì)的堅(jiān)實(shí)步伐。一方面隨著各個(gè)國(guó)家老齡 化越來(lái)越嚴(yán)重，更多的老人需要照顧，社會(huì)保障和服務(wù)的需求也更加緊迫，老齡化的家庭結(jié) 構(gòu)必然使更多的年青家庭壓力增大，而且生活節(jié)奏的加快和工作的壓力，也使得年輕人沒有 更多時(shí)間陪伴自己的孩子，隨之醞釀而生的將是廣大的家庭服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)。另一方

5、面服務(wù) 機(jī)器人將更加廣泛地代替人從事各種生產(chǎn)作業(yè)，使人類從繁重的、重復(fù)單調(diào)的、有害健康和 危險(xiǎn)的生產(chǎn)作業(yè)中解放出來(lái)。本文對(duì)服務(wù)機(jī)器人技術(shù)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用及其未來(lái)開展進(jìn)行了 綜述。2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀服務(wù)機(jī)器人的定義服務(wù)機(jī)器人是機(jī)器人家族中的一個(gè)年輕成員，到目前為止尚沒有一個(gè)嚴(yán)格的定義，不同 國(guó)家對(duì)服務(wù)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)不同。國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)經(jīng)過幾年的整理，給了服務(wù)機(jī)器人一 個(gè)初步的定義：服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，它能完成有益于人類健康 的服務(wù)工作，即除了手術(shù)機(jī)器人、診斷機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人等醫(yī)用機(jī)器人外，參考文獻(xiàn):1Antonio Lopez Pelaez, Dimitri

6、s. uRobots, genes and bytes technology development and social changes towards the year 2020J. Technological Forecasting & Social Change, 2008, (75) ： 1176-1201.張毅，羅元，鄭太雄.移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2007.金周英.關(guān)于我國(guó)智能機(jī)器人開展的幾點(diǎn)思考J.機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用，2001, (4) ： 5-7.4孟慶春，齊勇，張淑軍.智能機(jī)器人及其開展J.中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2004, 34 (5) ： 831-838

7、.5魏育成.智能服務(wù)型機(jī)器人的視覺人機(jī)交互與導(dǎo)航D.中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所，2004.也包括各種家用機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、體育機(jī)器人、玩具機(jī)器人、導(dǎo)游機(jī)器人、保安機(jī)器人、 排險(xiǎn)機(jī)器人、清潔機(jī)器人、秘書機(jī)器人、建筑機(jī)器人、郵品分類拾取和送信機(jī)器人以及加油 機(jī)器人等。隨著開發(fā)研究的進(jìn)一步開展和價(jià)格的大幅度下降，服務(wù)機(jī)器人將廣泛進(jìn)入醫(yī)院、 家庭、工地、辦公室和體育娛樂場(chǎng)館，直接與人類共處，為人類排憂解難。服務(wù)機(jī)器人的市場(chǎng)現(xiàn)狀和前景服務(wù)型機(jī)器人可進(jìn)一步區(qū)分為個(gè)人和家用機(jī)器人與專業(yè)服務(wù)型機(jī)器人。市場(chǎng)調(diào)研與預(yù)測(cè)根據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)盟（IFR）統(tǒng)計(jì)部門于2008年10月公怖的最新資料，全球服務(wù)型機(jī) 器人市場(chǎng)概況分

8、述如下：1個(gè)人和家用服務(wù)型機(jī)器人：至2007年底，個(gè)人和家用服務(wù)型機(jī) 器人累計(jì)裝置量已超過340萬(wàn)臺(tái)，娛樂休閑用機(jī)器人已到達(dá)200萬(wàn)臺(tái)。至2011年底，全球 家務(wù)用機(jī)器人將會(huì)到達(dá)460萬(wàn)臺(tái)，娛樂休閑用機(jī)器人將會(huì)到達(dá)735萬(wàn)臺(tái)，合計(jì)約1200多萬(wàn) 臺(tái)，未來(lái)四年服務(wù)機(jī)器人市場(chǎng)總值合計(jì)約57億美元，到2015年，全球個(gè)人和家庭機(jī)器人市 場(chǎng)的規(guī)模預(yù)計(jì)將到達(dá)150億美元，同時(shí)，將出現(xiàn)多種類型的個(gè)人機(jī)器人。2專業(yè)服務(wù)型機(jī)器 人：至2007年底，全球已有4. 9萬(wàn)臺(tái)的使用數(shù)量，預(yù)計(jì)到2011年底，將增加5. 4萬(wàn)臺(tái)專業(yè) 服務(wù)型機(jī)器人，總價(jià)值約91. 2億美元，其中農(nóng)林礦牧用機(jī)器人最多，共將有1. 9萬(wàn)臺(tái)，防

9、 御救災(zāi)與保全機(jī)器人預(yù)計(jì)將有1. 56萬(wàn)臺(tái)銷售量，專業(yè)清潔機(jī)器人亦約有4000臺(tái)銷售量，醫(yī) 療用機(jī)器人約達(dá)3420臺(tái)，多用途機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)約2375臺(tái)，水底作業(yè)系統(tǒng)預(yù)估將有超過 925臺(tái)銷售量。專家預(yù)測(cè)I中國(guó)機(jī)器人專家、工程院院士徐揚(yáng)生教授說(shuō)：“只要10年時(shí)間，機(jī)器人將在世界范 圍內(nèi)，普及到每個(gè)人的日常生活之中。這將是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，預(yù)計(jì)將比現(xiàn)在的汽車市場(chǎng)還 要大?！?2韓國(guó)科學(xué)家預(yù)測(cè)：到2015年至2020年，每個(gè)韓國(guó)家庭將擁有一個(gè)機(jī)器人。3日 本專家估計(jì)：到2020年日本將有25%的人口年齡超過65歲，護(hù)理型機(jī)器人將供不應(yīng)求。4德 國(guó)科學(xué)家預(yù)計(jì)：將在未來(lái)的幾十年間，家庭生活中將出現(xiàn)的最大變

10、化就是機(jī)器人的普及，家 庭服務(wù)機(jī)器人將在日常家庭生活中扮演越來(lái)越重要的角色，承當(dāng)越來(lái)越多的工作。國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀從二十世紀(jì)八十年代中期開始，機(jī)器人已從工廠的結(jié)構(gòu)化環(huán)境進(jìn)入人的日常生活環(huán)境一 醫(yī)院、辦公室、家庭和其它雜亂及不可控環(huán)境，成為不僅能自主完成工作，而且能與人共同 協(xié)作完成任務(wù)或在人的指導(dǎo)下完成任務(wù)的智能服務(wù)機(jī)器人，特別是最近幾年，對(duì)會(huì)清潔地面、 割草或充當(dāng)導(dǎo)游、保姆和警衛(wèi)等自主移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)上的進(jìn)步，大家都有目共睹。中國(guó)中國(guó)對(duì)服務(wù)機(jī)器人的研究起步很晚，但國(guó)家對(duì)此非常重視，1986年3月才開始把研究、 開發(fā)智能機(jī)器人的內(nèi)容已列入國(guó)家863高科技開展規(guī)劃中，從1986年至2009年的20多

11、年 中，智能機(jī)器人主題在863的旗幟下，團(tuán)結(jié)了近幾千人的研究開發(fā)隊(duì)伍，圓滿完成各項(xiàng)任務(wù), 建成了一批高水平的研究開發(fā)基地，造就了一支跨世紀(jì)的研究開發(fā)隊(duì)伍，為我國(guó)21世紀(jì)機(jī) 器人技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新開展奠定了基礎(chǔ)。1如圖1所示，這是我國(guó)首臺(tái)具有國(guó)際一流語(yǔ)音交互 水平和復(fù)雜動(dòng)作及智能運(yùn)動(dòng)控制水平的“美女機(jī)器人”，這款“美女機(jī)器人”具有仿真的美 女外形，服裝和發(fā)型可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合更換。她能夠根據(jù)工作人員說(shuō)出的指令，馬上完成相 應(yīng)的動(dòng)作，她能夠講英語(yǔ)、四川方言和唱歌、講笑話，可以與游客進(jìn)行語(yǔ)音聊天和知識(shí)問答, 在移動(dòng)行走時(shí)，她能自動(dòng)識(shí)別途中碰到的障礙物，并做語(yǔ)音提示。2由北京理工大學(xué)牽頭、 中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化

12、所、兵器工業(yè)集團(tuán)惠豐機(jī)械、中科院自動(dòng)化所等單位參加，通過 三年的奮斗，研制的“匯童”仿人機(jī)器人，如圖2所示，取得了重大成果，“匯童”仿人機(jī) 器人具有視覺、語(yǔ)音對(duì)話、力覺、平衡覺等功能的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的仿人機(jī)器人，功能到達(dá)了 國(guó)際先進(jìn)水平，研制的“匯童”仿人機(jī)器人在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了模仿太極拳、刀術(shù)等人類復(fù) 雜動(dòng)作。目前，我國(guó)服務(wù)機(jī)器人研究技術(shù)已跨入世界先進(jìn)行列，但與日本、美國(guó)等國(guó)家的技術(shù)相 比還是有差距的，我國(guó)科技工作者正在努力向前，熱切地期盼著我們自己水平更高的、功能 更強(qiáng)的服務(wù)型機(jī)器人與大家見面。圖1美女機(jī)器人圖1美女機(jī)器人圖2 “匯童”機(jī)器人日本日本將機(jī)器人作為一個(gè)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，給予了大力支持，

13、而且日本根據(jù)目前機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面 臨的問題，提出了加強(qiáng)機(jī)器人研究和推動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的具體措施，日本機(jī)器人工業(yè)之所以 領(lǐng)先世界，一方面和他們的機(jī)器人文化也有關(guān)，在日本，有一種“讓機(jī)器人成為人”的氣氛, 在日本，由于人口不多，而且老齡化趨勢(shì)嚴(yán)重，他們需要機(jī)器人來(lái)承當(dāng)勞力的工作，因此培 養(yǎng)起濃厚的機(jī)器人文化；另一方面，日本政府也希望機(jī)器人研發(fā)成為本國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，所以 投入大量資金，為了攻克更關(guān)鍵的服務(wù)機(jī)器人技術(shù)，日本在2006年至2010年間，每年投 入1000萬(wàn)美元用于研發(fā)服務(wù)機(jī)器人。日本服務(wù)機(jī)器人技術(shù)的成果例舉如下：1日本創(chuàng)造出 人形的個(gè)性機(jī)器人保姆“ar”，如圖3所示，不僅會(huì)洗衣，清掃衛(wèi)生，還會(huì)收

14、拾餐具等諸多 家務(wù)雜活，它依靠車輪移動(dòng)，共搭載有5臺(tái)照相機(jī)以便確認(rèn)家具的位置。在公開展示活動(dòng)中, “ar”演示了翻開洗衣機(jī)蓋，將需要清洗的衣物放入洗衣機(jī)，用托盤端著餐具送到廚房和拖 地等工作。2由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所智能系統(tǒng)研究部門仿人研究小組研制的美女機(jī)器人 HRP-4C,如圖4所示，以用戶為中心的機(jī)器人開放架構(gòu)(Centered Robot Open Architecture) 開發(fā)而成，該架構(gòu)采用產(chǎn)綜研一直在研發(fā)的實(shí)時(shí)Linux、機(jī)器人使用的“RT ( Robot Technology)中間件”、可進(jìn)行機(jī)器人仿真的軟件“0penHRP3”、語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)以及由日本產(chǎn) 業(yè)技術(shù)綜合研究所智能

15、系統(tǒng)研究部門開發(fā)的人形機(jī)器人“HRP系列”所采用的雙足行走技術(shù) 等。圖3機(jī)器人保姆圖4美女機(jī)器人HRP-4C韓國(guó)韓國(guó)將服務(wù)機(jī)器人技術(shù)列為未來(lái)國(guó)家開展的10大“發(fā)動(dòng)機(jī)”產(chǎn)業(yè)，他們已經(jīng)把服務(wù)型 機(jī)器人作為國(guó)家的一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)進(jìn)行著重開展，對(duì)機(jī)器人技術(shù)給予了重點(diǎn)扶持，通過 不斷地努力，韓國(guó)近幾年來(lái)也逐漸躋身研究機(jī)器人的世界潮流。韓國(guó)信息通信部官員表示, 雖然韓國(guó)的機(jī)器人技術(shù)起步比美國(guó)、日本和歐洲的競(jìng)爭(zhēng)者要晚，但是有望在未來(lái)510年內(nèi) 迎頭趕上，1韓國(guó)科學(xué)家成功研制出世界上最聰明的類人機(jī)器人Android”，如圖5所示， 它集眾多前沿科技在一身，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、音像和力覺感應(yīng)器、高速處理器等，通

16、過它 身上裝備的音像及力覺感應(yīng)器可以探測(cè)前方物體的運(yùn)動(dòng)，能夠識(shí)別說(shuō)話聲，然后向服務(wù)器發(fā) 送數(shù)據(jù)，服務(wù)器將數(shù)據(jù)處理后會(huì)下達(dá)指令給機(jī)器人，幫助它與人類以及周圍環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。 2“夏娃機(jī)器人2號(hào)”，如圖6所示，是韓國(guó)科學(xué)家最新研制的一款?yuàn)蕵沸蜋C(jī)器人，這位“女 性”機(jī)器人不僅能和觀眾進(jìn)行對(duì)話，還能和人進(jìn)行眼神接觸，并會(huì)表達(dá)各種情緒和唱歌，唱 歌時(shí)能對(duì)上口形和隨著歌曲扭動(dòng)手臂、臀部和膝蓋。圖5機(jī)器人Android圖6夏娃機(jī)器人2號(hào)美國(guó)美國(guó)是機(jī)器人的發(fā)源地，盡管美國(guó)在機(jī)器人開展史上走過一條重視理論研究，忽視應(yīng) 用開發(fā)研究的曲折道路，但是美國(guó)的機(jī)器人技術(shù)在國(guó)際上仍一直處于領(lǐng)先地位，其技術(shù)全面、 先進(jìn)，適應(yīng)性

17、也很強(qiáng)。例如：1專治中風(fēng)的機(jī)器人醫(yī)生，如圖7所示，將在密歇根州圣約瑟 夫默西奧克蘭醫(yī)院率先上崗，這種機(jī)器人頭部是一個(gè)顯示屏，能顯示網(wǎng)絡(luò)另一端醫(yī)生的形象 和聲音，顯示屏上方安裝了一個(gè)攝像頭，可以把醫(yī)院現(xiàn)場(chǎng)的圖像和聲音傳回給醫(yī)生，有了這 種機(jī)器人，醫(yī)生在任何地方只要利用一臺(tái)筆記本電腦和互聯(lián)網(wǎng)，就可以遠(yuǎn)程遙控機(jī)器人為病 人提供治療服務(wù)。2美國(guó)軍方為戰(zhàn)爭(zhēng)中下半身受傷而不能行走的士兵設(shè)計(jì)出了一款新型助殘 機(jī)器人，如圖8所示，它可以直接將用戶的下半身緊緊圍攏起來(lái)，以便更好的感知用戶臀部 或其他位置的運(yùn)動(dòng)，從而提供更加靈敏的操控。圖7機(jī)器人醫(yī)生圖8助殘機(jī)器人歐洲1德國(guó)的社會(huì)環(huán)境卻是有利于機(jī)器人工業(yè)開展的，因

18、為戰(zhàn)爭(zhēng)，導(dǎo)致勞動(dòng)力短缺，以及國(guó) 民技術(shù)水平高，都是實(shí)現(xiàn)使用機(jī)器人的有利條件。到了 70年代中后期，政府采用行政手段 為機(jī)器人的推廣開辟道路,即對(duì)于一些有危險(xiǎn)、有毒、有害的工作崗位，必須以機(jī)器人來(lái)代 替普通人的勞動(dòng)，這個(gè)計(jì)劃推動(dòng)了服務(wù)機(jī)器人技術(shù)的開展。德國(guó)經(jīng)過近十年的努力，其服務(wù) 機(jī)器人的研究和應(yīng)用方面在世界上處于公認(rèn)的領(lǐng)先地位：新一代機(jī)器人保姆Care-0-Bot3, 如圖9所示，遍布全身的不計(jì)其數(shù)的傳感器、立體彩色照相機(jī)、激光掃描儀和三維立體攝像 頭，讓它既能識(shí)別生活用品也能防止誤傷主人；它還具有聲控或手勢(shì)控制有自我學(xué)習(xí)能力， 還能聽懂語(yǔ)音命令和看懂手勢(shì)命令。2法國(guó)不僅在機(jī)器人擁有量上居于世

19、界前列，而且在機(jī) 器人應(yīng)用水平和應(yīng)用范圍上處于世界先進(jìn)水平，這主要?dú)w功于法國(guó)政府一開始就比擬重視機(jī) 器人技術(shù)，大力支持服務(wù)機(jī)器人研究計(jì)劃，并且建立起一個(gè)完整的科學(xué)技術(shù)體系，特別是把 重點(diǎn)放在開展機(jī)器人的應(yīng)用研究上。這款名為NAO的兩臺(tái)雙足智能機(jī)器人，如圖10所示， 是法國(guó)阿德巴蘭機(jī)器人公司研制的，它具有討人喜歡的外形、溫柔的語(yǔ)音和25個(gè)靈活的關(guān) 節(jié),能執(zhí)行多種動(dòng)作指令。圖9機(jī)器人Carc-O-Bot3圖10機(jī)器人NAO3從70年代末開始，英國(guó)政府推行并實(shí)施了一系列支持機(jī)器人開展的政策和措施，如廣泛宣傳使用機(jī)器人的重要性、在財(cái)政上給購(gòu)買機(jī)器人企業(yè)以補(bǔ)貼、積極促進(jìn)機(jī)器人研究單位與企業(yè)聯(lián)合等，使英國(guó)

20、機(jī)器人開始了在生產(chǎn)和服務(wù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用及大力研制的興盛時(shí)期。譬如：英國(guó)機(jī)器人研究公司（RM）開發(fā)的霹靂舞機(jī)器人MechRC,如圖11所示，既能在課堂上大顯身手，會(huì)幫助孩子們學(xué)數(shù)學(xué)、幾何、物理、設(shè)計(jì)和工程學(xué)，又能跳舞，因?yàn)檫@個(gè)機(jī)器人身上有著多個(gè)靈活的關(guān)節(jié)，通過計(jì)算機(jī)設(shè)定好的程序，就能做出各種人類的舞蹈動(dòng)作。4俄羅斯由于沒有國(guó)家開展服務(wù)機(jī)器人的統(tǒng)一規(guī)劃，有限的國(guó)家訂貨和市場(chǎng)需求使得俄羅斯機(jī)器人技術(shù)的開展以科研和實(shí)驗(yàn)為主，以儲(chǔ)藏技術(shù)，便于隨時(shí)根據(jù)市場(chǎng)需要制造出高質(zhì)量的機(jī)器人，當(dāng)前俄羅斯機(jī)器人的技術(shù)面臨的問題是機(jī)器人技術(shù)的智能化程度較低，需要不斷地增加功能、完善技術(shù)和提高質(zhì)量。今后，俄羅斯將重點(diǎn)開展檢查

21、類機(jī)器人和室內(nèi)外清掃和清潔機(jī)器人。近幾年來(lái)，俄羅斯服務(wù)機(jī)器人技術(shù)上也取得可喜的成績(jī)：俄羅斯首次研制的人形機(jī)器人“阿涅亞”利用了 “新紀(jì)元”公司許多獨(dú)特的研究，如圖12所示，這款機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)和程序保障系統(tǒng)十分先進(jìn)，它們能用雙腳行走，能與人對(duì)話。圖11霹靂舞機(jī)器人圖11霹靂舞機(jī)器人圖12 “阿涅亞”機(jī)器人3服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)服務(wù)機(jī)器人技術(shù)在本質(zhì)上與所有其它類型的機(jī)器人是相似的，其主要技術(shù)包括:環(huán)境感知傳感器和信號(hào)處理方法多傳感器信息融合技術(shù)的基本原理就像人腦綜合處理信息的過程一樣，它充分地利用多 個(gè)傳感資源，通過對(duì)各種傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時(shí) 間上的互補(bǔ)與冗余

22、信息依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)那么組合起來(lái)，產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)環(huán)境的一致性解釋和描述, 多傳感器信息融合技術(shù)按照數(shù)據(jù)的抽象層次分類可分為數(shù)據(jù)層融合、特征層融合和決策層融 合三種。智能控制智能控制主要包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計(jì)算等，且逐漸成為成熟的控制思想。模 糊控制源于模糊數(shù)學(xué)，或稱弗晰數(shù)學(xué)，是研究如何表現(xiàn)和處理模糊性現(xiàn)象的一個(gè)數(shù)學(xué)分支, 模糊控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。人 工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，從生物學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能為信息處理和推理、聯(lián)想和思維等 高級(jí)的思想活動(dòng)，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是利用工程技術(shù)手段模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能 的一種技術(shù)系統(tǒng)，它是一種大規(guī)

23、模并行的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。導(dǎo)航與定位在服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)中，自主導(dǎo)航是一項(xiàng)核心技術(shù)，是機(jī)器人研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。 把人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和多傳感器融合技術(shù)相結(jié)合用于服務(wù)機(jī)器人的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，如圖13 所示。圖13服務(wù)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)圖13服務(wù)機(jī)器人導(dǎo)航定位系統(tǒng)超聲傳感器-為仃機(jī)構(gòu)控制t F任務(wù)st路徑規(guī)劃路徑規(guī)劃就是指在服務(wù)機(jī)器人工作空間中找到一條從起始狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)、可以避開障礙物的路徑。路徑規(guī)劃方法大致可以分為傳統(tǒng)方法和智能方法：1傳統(tǒng)路徑規(guī)劃方法主要有 以下幾種：自由空間法、圖搜索法、柵格解耦法、人工勢(shì)場(chǎng)法，在這幾種方法中，人工勢(shì)場(chǎng) 法是傳統(tǒng)算法中較成熟且高效的規(guī)劃方法，它通過環(huán)境勢(shì)場(chǎng)模

24、型進(jìn)行路徑規(guī)劃，但是沒有考 察路徑是否最優(yōu)。2智能路徑規(guī)劃方法是將遺傳算法、模糊邏輯以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能方 法應(yīng)用到路徑規(guī)劃中，來(lái)提高機(jī)器人路徑規(guī)劃的避障精度，加快規(guī)劃速度，滿足實(shí)際應(yīng)用的 需要。其中應(yīng)用較多的算法主要有模糊方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、Q學(xué)習(xí)及混合算法等， 這些方法在障礙物環(huán)境或未知情況下均已取得一定的研究成果。把模糊控制和人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)控制相融合，形成的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制用于服務(wù)機(jī)器人的避障，以BP網(wǎng)絡(luò)作為機(jī)體， 以基于模糊規(guī)那么的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，采用CCD攝像機(jī)和多個(gè)超聲波測(cè)距傳感器，對(duì)服務(wù)機(jī)器人 能夠避障進(jìn)行控制，如圖14所示。廠子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模糊規(guī)那么庫(kù)， 超聲傳感器“圖14

25、服務(wù)機(jī)器人模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖4服務(wù)機(jī)器人的未來(lái)展望服務(wù)機(jī)器人的開發(fā)研究取得了舉世矚目的成果，未來(lái)智能機(jī)器人技術(shù)將沿著自主性、智 能通信和適應(yīng)性三個(gè)方向開展。人與機(jī)器人的融合美國(guó)科學(xué)家正在研制的獨(dú)特機(jī)械控制假手臂，如圖15所示，可以通過“思維力”進(jìn)行 控制。當(dāng)患者需要借助于機(jī)械手完成某種動(dòng)作時(shí)，他只要簡(jiǎn)單地想要做什么即可，大腦發(fā)出 的信號(hào)會(huì)刺激肌肉，相應(yīng)的電脈沖會(huì)被電極記錄，隨后信號(hào)會(huì)轉(zhuǎn)變成控制機(jī)械手臂的指令可 以完成各種復(fù)雜動(dòng)作，其中包括拿住物體，它不僅能恢復(fù)患者的動(dòng)作效能，而且能感受到觸 覺。據(jù)日本媒體報(bào)道，新開發(fā)的裝置由頭盔狀的傳感器及測(cè)量記錄器構(gòu)成，如圖16所示， 如果人設(shè)想使用左手的動(dòng)作，

26、腦涉及腦血流的變化便會(huì)參照事先存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，使機(jī)器人舉起 左手，該技術(shù)今后有可能運(yùn)用于家務(wù)機(jī)器人，幫助人們從事端菜、給植物澆水等家務(wù)和肢體 殘疾或癱瘓人士。圖15思維力控制假手臂圖16意念控制機(jī)器人人工智能技術(shù)的全面應(yīng)用各種機(jī)器學(xué)習(xí)算法的出現(xiàn)推動(dòng)了人工智能的開展，強(qiáng)化學(xué)習(xí)、蟻群算法、免疫算法等可 以用到服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)中，使其具有類似人的學(xué)習(xí)能力，以適應(yīng)日益復(fù)雜的、不確定和非結(jié) 構(gòu)化的環(huán)境。例如：1英國(guó)科學(xué)家研發(fā)出首名“機(jī)器人科學(xué)家”，如圖17所示，這款機(jī)器人 能獨(dú)立推理、把理論公式化乃至探索科學(xué)知識(shí)，堪稱人工智能領(lǐng)域一大突破?！皺C(jī)器人科學(xué) 家”將來(lái)可以投身于解開生物學(xué)謎題、研發(fā)新藥、了解宇宙等研究領(lǐng)域。2英國(guó)的一種具有 語(yǔ)言學(xué)習(xí)能力的類人型機(jī)器人，如圖18所示，即將問世，研究者的目標(biāo)是：機(jī)器人將來(lái)能 夠?qū)φZ(yǔ)言進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，以及在社會(huì)化環(huán)境中向他人學(xué)習(xí)，并且把這種語(yǔ)言能力轉(zhuǎn)化為自主 化學(xué)習(xí)和處理問題的能力，并且與周圍環(huán)境互動(dòng)，將來(lái)有可能使機(jī)器人掌握更多的自主性能 力。圖17機(jī)器人科學(xué)家圖17機(jī)器人科學(xué)家圖18機(jī)器人iCub傳感器技術(shù)的開展未來(lái)機(jī)器人傳感器技術(shù)的研究，除不斷改