大數(shù)據(jù)下民用機(jī)器人的運用及發(fā)展的文獻(xiàn)綜述

大數(shù)據(jù)下民用機(jī)器人的運用及發(fā)展的文獻(xiàn)綜述大數(shù)據(jù)下民用機(jī)器人的運用及發(fā)展的文獻(xiàn)綜述/NUMPAGES16大數(shù)據(jù)下民用機(jī)器人的運用及發(fā)展的文獻(xiàn)綜述大數(shù)據(jù)下民用機(jī)器人的運用及發(fā)展的文獻(xiàn)綜述大數(shù)據(jù)下民用機(jī)器人的運用及發(fā)展的文獻(xiàn)綜述李論摘要：在人工智能大熱的背景下，機(jī)器人的發(fā)展也日新月異，迅速滲透到各行各業(yè)中。機(jī)器人不僅改變著人類生活方式，也是先進(jìn)制造業(yè)的關(guān)鍵支撐裝備，其研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是衡量一個國家科技創(chuàng)新、高端制造發(fā)展水平的重要標(biāo)志。近年來，隨著機(jī)器人逐漸走入百姓的視野和生活，一系列政策扶持及市場需求拉動，使得中國民用機(jī)器人產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展。關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)民用機(jī)器人研究綜述一、國內(nèi)外民用機(jī)器人的現(xiàn)狀與發(fā)展通常所說的機(jī)器人主要指的是工業(yè)機(jī)器人，不僅僅是因為工業(yè)機(jī)器人起步較早，運用領(lǐng)域較廣，更重要的是工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)比較成熟，在很多領(lǐng)域都能夠得到應(yīng)用。服務(wù)機(jī)器人則不然，日本早在20多年前就開始涉足服務(wù)機(jī)器人的研究，為什么遲遲沒有成熟的產(chǎn)品問世？最近一年來，服務(wù)機(jī)器人卻異軍突起？主要有兩個原因：一是大數(shù)據(jù)、云計算、精密傳感等技術(shù)取得重大突破；二是日本進(jìn)入老齡化社會以后，巨大的市場剛需倒逼行業(yè)發(fā)展。服務(wù)機(jī)器人是一種半自主或全自主工作的機(jī)器人，完成有益于人類健康的服務(wù)工作。醫(yī)用機(jī)器人是具有最好應(yīng)用前景的服務(wù)機(jī)器人，它能夠完成或輔助完成常規(guī)醫(yī)療方法和設(shè)備難以完成的復(fù)雜診斷和手術(shù)，已在神經(jīng)外科手術(shù)、胸（含心臟）外科手術(shù)、遙控外科手術(shù)、人工關(guān)節(jié)置換和無損傷檢測等方面引起重大變革，極大地提高醫(yī)療水平，為病人帶來福音。醫(yī)療機(jī)器人主要研究開發(fā)手術(shù)機(jī)器人及其相關(guān)先進(jìn)醫(yī)用技術(shù)和設(shè)備，包括開展手術(shù)規(guī)劃與導(dǎo)航、高精度和高可靠性的定位操作醫(yī)用機(jī)器人機(jī)構(gòu)、靈巧微操作手（機(jī)械手）、人機(jī)交互導(dǎo)航控制等關(guān)鍵技術(shù)。醫(yī)用機(jī)器人的研究開發(fā)，不僅對常規(guī)醫(yī)療帶來一系列技術(shù)變革，對臨床和家庭護(hù)理及康復(fù)工程的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，而且將推動智能機(jī)器人、計算機(jī)、虛擬現(xiàn)實、微機(jī)械電子等學(xué)科的發(fā)展。除手術(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，服務(wù)機(jī)器人還包括各種家用機(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、排險機(jī)器人、清潔機(jī)器人、秘書機(jī)器人、建筑機(jī)器人、郵拾和送信機(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館，直接與人類共處，為人類排憂解難。過去，日本開發(fā)了許多服務(wù)機(jī)器人，特別是陪護(hù)老人、情感、娛樂、教育等領(lǐng)域的機(jī)器人，與老人聊天，幫助老人拿東西，幫助老人做飯倒水、照顧孩子等，由于技術(shù)不成熟，不敢推向社會。他們認(rèn)為，要推出與人打交道的產(chǎn)品是非常謹(jǐn)慎的事情。如果機(jī)器人不但沒有陪護(hù)好老人，反而還傷害老人，這將是巨大的社會問題。最近幾年，在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、圖像識別、語音識別等技術(shù)有了快速發(fā)展的背景下，我們過去的困難變得迎刃而解。當(dāng)然，目前的服務(wù)機(jī)器人還只是一個初級階段的產(chǎn)物，智能化水平比較低，還需要不斷完善。11胡躍明，丁維中等．吸塵機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與展望．計算機(jī)測量與控制，2002．10(10)：631—633頁2蔣新松．未來機(jī)器人技術(shù)發(fā)展方向的探討．機(jī)器人．1996(5)：285—291頁3王炎，周大威．移動式服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及我們的研究門．電氣傳動．2000(4)：3-7頁4宋曉峰,談士力.微型機(jī)器人的發(fā)展和研究現(xiàn)狀.機(jī)床與液壓,2004(8):1-3.4宋曉峰,談士力.微型機(jī)器人的發(fā)展和研究現(xiàn)狀.機(jī)床與液壓,2004(8):1-3.5PaoloDario,EugenioGuglielmelli,etal.RobotticforMedicalApplications.IEEERoboticsandAutomationMagazine.1996:44-56.6劉術(shù),蔣銘敏.美軍機(jī)器人手術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國微創(chuàng)外科雜志,2007,7(6):567-569.在工廠，車間里沒有一個工人，沒有燈光，機(jī)器自動上下料、自動生產(chǎn)產(chǎn)品、自動包裝、自動發(fā)貨、自動運輸、自動收款、自動開票、自動向稅務(wù)機(jī)關(guān)報稅、自動與銀行溝通貸款或存款、自動在網(wǎng)上銷售產(chǎn)品、簽署銷售合同……過去幾千人的工廠現(xiàn)在只需要幾個人就可以了。老板很瀟灑，連數(shù)錢的活兒都不用干，機(jī)器幫你干完了，不用去辦公室就可以自動收到生產(chǎn)、銷售、財務(wù)上的各個數(shù)據(jù)……在養(yǎng)老院，有人幫老人做飯、端茶倒水、給老人按摩、給老人唱歌跳舞、給老人講故事，當(dāng)老人感覺不舒服的時候，有人馬上打電話給醫(yī)生……在戰(zhàn)場上、在危險場合，你只需要坐在辦公室指揮就可以，有人沖到前線去，沖到最危險的地方去偵察前線的情況，實時將前線的實景圖像傳輸給你，按照你的命令引誘敵人出來……沒錯，所有的這一切如果過去只能在科幻電影里面看到的話，那么今后將可能逐步變?yōu)楝F(xiàn)實，不需要再等很久很久。機(jī)器人時代已經(jīng)到來！而與我們休戚相關(guān)，與我們最接近的，就是民用服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展和運用。二、大數(shù)據(jù)下教育與陪護(hù)機(jī)器人的運用與發(fā)展在最新的統(tǒng)計結(jié)果中，教育與陪護(hù)機(jī)器人在全球機(jī)器人交易份額中占比最大。2015年，被視為人工智能元年，從硅谷到北京，人工智能熱悄然興起，從工業(yè)機(jī)器人到服務(wù)機(jī)器人，從單功能到多功能，從工業(yè)領(lǐng)域到多領(lǐng)域，人工智能發(fā)展在不斷提升與完善，2016年，智能陪護(hù)機(jī)器人井噴式爆發(fā)，作為消費來說，我們看到的現(xiàn)象是，有關(guān)智能陪護(hù)機(jī)器人的產(chǎn)品和品牌逐漸增多，機(jī)器人更多的走進(jìn)家庭，這也標(biāo)志著人工智能技術(shù)的又一次進(jìn)步。如今大數(shù)據(jù)時代下的“人工智能+”一定會席卷而來，智能機(jī)器人經(jīng)過短暫的2-3年發(fā)展，已經(jīng)逐漸被家庭接納。其中，智能陪護(hù)機(jī)器人也是我們接觸到最多的機(jī)器人?，F(xiàn)實社會中的年輕父母們，因為忙于事業(yè)，往往不得不將孩子交給爺爺奶奶、姥姥姥爺照顧，或者把孩子全托，只有等到周末才把孩子接回家一起生活幾天，因此漸漸的這些現(xiàn)代社會里的年輕父母就變成了孩子眼中的“周末爸媽”，孩子也無奈的成為了“留守孩子”。這是一種在當(dāng)下普遍存在的社會現(xiàn)象。而育兒專家給出的數(shù)據(jù)是，一年十二個月，忽略寒暑假，每個月按四周計算，這樣粗略算下來，一年中父母和孩子一起度過的時間竟然不到三分之一。據(jù)統(tǒng)計，目前中國有56%的空巢家庭，將近7000萬的留守兒童，即便是生活在一起的父母和孩子交流的機(jī)會也偏少。而智能機(jī)器人可以借助網(wǎng)絡(luò)打破空間的界限，營造一種更有科技感的陪伴體驗。我們知道兒童成長最大的痛點是缺少父母陪伴，陪護(hù)機(jī)器人能彌補(bǔ)孩子孤獨成長的遺憾，具有情感替代作用，與此同時也解決了父母工作和家庭難以兩全的矛盾，這是陪伴機(jī)器人市場近年來逐漸興旺的重要原因。根據(jù)2010年中國第6次人口普查結(jié)果顯示，我國0～14歲兒童超過2.2億，這批人中的絕大部分就是我們常說的零零后。二孩政策放開后，每年新生嬰兒可達(dá)到2000萬以上，許多父母也越來越愿意為孩子的成長和教育花錢。當(dāng)前，隨著人工智能技術(shù)以及人臉識別、視頻交互及安防技術(shù)與家庭機(jī)器人主要應(yīng)用場景高度耦合，不斷衍生出各種類型的智能化產(chǎn)品，為用戶提供良好的使用體驗，而兒童陪護(hù)機(jī)器人便是其中一種，孩子在兒童陪護(hù)機(jī)器人的陪伴下同樣很快樂。兒童智能陪護(hù)機(jī)器人進(jìn)入家庭已是大勢所趨，但什么樣的需求才是真正的需求。兒童機(jī)器人的門檻正是在于內(nèi)容、交互方式、用戶需求痛點。陪伴兒童成長之外，內(nèi)容與交互形式將成為兒童機(jī)器人的關(guān)鍵。同時，在中國，隨著社會老齡化程度的加深，空巢老人越來越多，已經(jīng)成為一個不容忽視的社會問題。我國已經(jīng)進(jìn)入人口老齡化快速發(fā)展時期，已有老齡人口1.69億，占總?cè)丝跀?shù)的12%，據(jù)全國老齡辦統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，有近一半的老人屬于城鄉(xiāng)空巢家庭或類空巢家庭。目前，我國老齡人口正以每年3.28%的速度增長，約為總?cè)丝谠鲩L率的5倍，老齡人口占總?cè)丝诘谋壤龑⒀杆贁U(kuò)大。專家預(yù)計，到2030年我國老齡人口將近3億，而空巢老人家庭比例或?qū)⑦_(dá)到90%，這意味著屆時將有超過兩億的空巢老人。所以，關(guān)于老年人陪護(hù)機(jī)器人的研究與發(fā)展也是人們關(guān)心的一個重要方面。陪護(hù)機(jī)器人應(yīng)用于養(yǎng)老院或社區(qū)服務(wù)站環(huán)境，具有生理信號檢測、語音交互、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能聊天、自主避障漫游等功能。機(jī)器人在養(yǎng)老院環(huán)境實現(xiàn)自主導(dǎo)航避障功能，能夠通過語音和觸屏進(jìn)行交互。配合相關(guān)檢測設(shè)備，機(jī)器人具有血壓、心跳、血氧等生理信號檢測與監(jiān)控功能，可無線連接社區(qū)網(wǎng)絡(luò)并傳輸?shù)缴鐓^(qū)醫(yī)療中心，緊急情況下可及時報警或通知親人。機(jī)器人具有智能聊天功能，可以輔助老人心理康復(fù)。陪護(hù)機(jī)器人為人口老齡化帶來的重大社會問題提供解決方案。三、大數(shù)據(jù)下掃地機(jī)器人的運用與發(fā)展進(jìn)入21世紀(jì)，隨著新材料、傳感器技術(shù)、人工智能和計算機(jī)技術(shù)等得到全面發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也取得很大的突破。同時，伴隨著生活水平的提高，人們對生活品質(zhì)的要求提高，機(jī)器人進(jìn)入家庭幫忙打理家務(wù)成為新的需求。以家庭服務(wù)為主要功能的高智能全自主家庭服務(wù)機(jī)器人逐漸由實驗室走進(jìn)人們的生活中，其中家庭掃地機(jī)器人需求量最大。面對繁重的家務(wù)，購買一款掃地機(jī)器人成為解放雙手的一種不錯的選擇。其能夠有效為人類進(jìn)行清潔服務(wù)，家庭掃地機(jī)器人必須要滿足幾個功能：自主避障、自動充電和高覆蓋率的路徑規(guī)劃等。掃地機(jī)器人最早來源于伊萊克斯、戴森等領(lǐng)銜的吸塵器行業(yè)。7ONICAS．servicerobots—theendofthebeginning．IndustrialRobot．1999．26(6)：456—459頁7ONICAS．servicerobots—theendofthebeginning．IndustrialRobot．1999．26(6)：456—459頁8開生．國外服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展動態(tài)和前景．制造業(yè)自動化．2000(6)：1-4頁9陳厲仁．日本UTEC公司的自動清洗機(jī)器人．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用．1995(4)：11頁10宗光華．高層建筑擦窗機(jī)器人．機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用．1998(2)：20頁國內(nèi)相較于歐美等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)而言，對清潔機(jī)器人的研究起步較晚，但近些年相關(guān)技術(shù)得到飛速發(fā)展。2004年，重慶大學(xué)智能科學(xué)技術(shù)研究室與寧波波朗電器股份有限公司合作開發(fā)室內(nèi)清潔機(jī)器人，最新開發(fā)的BL001能根據(jù)前端左右兩側(cè)紅外傳感器探測墻壁，沿墻壁行走清掃地面，在行走的同時獲得房間的尺寸信息，從而決定清掃時間，之后利用隨機(jī)控制規(guī)劃遍歷的策略產(chǎn)生高效的清潔路徑。清掃結(jié)束后，自行回到充電座，補(bǔ)充電力。目前，系統(tǒng)還在進(jìn)一步的升級中。當(dāng)前市面上，國產(chǎn)品牌的清潔機(jī)器人如浦桑尼克藍(lán)天S、科沃斯DT85G、福瑪特ZJ-C1等很受歡迎。2014年全球家務(wù)機(jī)器人銷售額達(dá)到12億美元，同比增長24%。預(yù)計2015到2018年期間，銷售額可以累計達(dá)到122億美元。2014年全球家務(wù)機(jī)器人銷量達(dá)到330萬，比2013年274萬增長了20.4%。預(yù)計2015年到2018年期間，家務(wù)機(jī)器人的銷量將會爆發(fā)性增長，累計銷量達(dá)到2590萬。同時，根據(jù)GFK數(shù)據(jù)，2015年中國掃地機(jī)器人市場零售規(guī)模在50億元人民幣左右，這一數(shù)字在2017年將達(dá)到75億元人民幣，2018年則將增長至120億元人民幣。掃地機(jī)器人市場空間巨大。結(jié)合這兩個知名專業(yè)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計預(yù)測數(shù)據(jù)，可以看出，未來掃地機(jī)器人市場空間將呈大幅度增長態(tài)勢，同時中國市場也將成為掃地機(jī)器人放量的主戰(zhàn)場。隨著掃地機(jī)器人在硬件和軟件的不斷完善，在未來的幾年里一定會推出性價比合適的清潔機(jī)器人，像電視機(jī)、洗衣機(jī)一樣成為日常生活的必備家電。由于機(jī)器人領(lǐng)域的相關(guān)性，掃地機(jī)器人會帶動整個家庭服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。四、大數(shù)據(jù)下醫(yī)療機(jī)器人的運用與發(fā)展醫(yī)療機(jī)器人是服務(wù)機(jī)器人的一種。醫(yī)療機(jī)器人是指用于醫(yī)院、診所的醫(yī)療或輔助醫(yī)療的機(jī)器人，主要用于傷病員的手術(shù)、救援、轉(zhuǎn)運和康復(fù)，是一種智能型服務(wù)機(jī)器人。根據(jù)用途不同，醫(yī)療機(jī)器人大致可以分為救援機(jī)器人、手術(shù)機(jī)器人、轉(zhuǎn)運機(jī)器人和康復(fù)機(jī)器人。電影《超能陸戰(zhàn)隊》私人健康顧問Baymax就是醫(yī)療健康服務(wù)機(jī)器人的一種。麥肯錫全球研究所2013年發(fā)布的《引領(lǐng)全球經(jīng)濟(jì)變革的顛覆性技術(shù)》報告將先進(jìn)機(jī)器人列入12項技術(shù)之一，并預(yù)計外科機(jī)器人市場規(guī)模在2015年將達(dá)到2000至6000億美元。美國在2013年《美國機(jī)器人發(fā)展路線圖》將醫(yī)用機(jī)器人11H．R．BeamandH．S．Cho．MobileRobotLocalizationUsingaSingleRotatingSonar12MONICAS．servicerobots—theendofthebeginning．IndustrialRobot．1999．26(6)：456—459頁11H．R．BeamandH．S．Cho．MobileRobotLocalizationUsingaSingleRotatingSonar12MONICAS．servicerobots—theendofthebeginning．IndustrialRobot．1999．26(6)：456—459頁13蔡自興.(機(jī)器人學(xué)的發(fā)展趨勢和發(fā)展戰(zhàn)略[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001,(4);11-16.隨著全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)和精準(zhǔn)醫(yī)療概念的興起，醫(yī)療機(jī)器人也越來越受到關(guān)注。2014年全球醫(yī)療機(jī)器人的銷量為1224臺，與2004年全球醫(yī)療機(jī)器人銷量為386臺相比，年復(fù)合增速達(dá)12.2%。我們對醫(yī)療機(jī)器人的需求增加主要是因為老齡化，全球60歲以上老人，將以56%的速率增長，而且這個增長過程中，因為老人的增加，他們康復(fù)治療的要求會有不斷新的要求出來。在世界人口老齡化的報告里面，2030年60歲以上的老人，不僅是以5%、6%的速率增長，有可能老人的數(shù)量會超過0-9歲孩童數(shù)量總和，2050年很可能老人數(shù)14蔡自興.機(jī)器人學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，200014蔡自興.機(jī)器人學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，200015徐國華，譚民.移動機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢[J].機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用,2001,(3):7-14各國的人均GDP與醫(yī)療衛(wèi)生投入的比例有密切關(guān)系，人均GDP較高的發(fā)達(dá)國家的醫(yī)療衛(wèi)生投入也更高。國內(nèi)財富機(jī)會正在由城市化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移到服務(wù)業(yè)，因此醫(yī)藥健康行業(yè)發(fā)展空間巨大，預(yù)測在2020年之前有3萬億的成長空間。國內(nèi)各種疾病的發(fā)病率長期居高不下，這使得醫(yī)藥領(lǐng)域內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備和器械方面進(jìn)步的重要性更為凸顯。中國醫(yī)療器械市場總規(guī)模在2014年達(dá)到2556億元，年增速15%左右。國內(nèi)80%以上的高性能醫(yī)療器械產(chǎn)品依賴進(jìn)口，國內(nèi)醫(yī)院的高端設(shè)備基本被以西門子、GE和美敦力為代表的國外先進(jìn)企業(yè)壟斷，國內(nèi)比較好的相關(guān)企業(yè)比較少，總體創(chuàng)新力和競爭力不足。國內(nèi)藥械比(醫(yī)藥和器械消費比)為1:0.19，遠(yuǎn)低于全球平均的1:0.7，而歐美日等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)達(dá)到了1:1.02。未來我國藥械比有逐漸上升的趨勢，醫(yī)療器械市場有大概八倍于現(xiàn)值的發(fā)展空間，未來幾年基本上能夠保持每年20%以上的增長率。醫(yī)用機(jī)器人屬于高端的、智能化的醫(yī)療器械產(chǎn)品，在健康預(yù)防、疾病診療、康復(fù)及醫(yī)療服務(wù)等領(lǐng)域有獨特優(yōu)勢，發(fā)展?jié)摿薮?。預(yù)計未來手術(shù)機(jī)器人和康復(fù)機(jī)器人的行業(yè)規(guī)模將分別由2014年的32億、2.2億美元增長到2021年的200億、32億美元，年均復(fù)合增速將達(dá)到29.9%、46.6%?；貋碓倏垂┙o，全球醫(yī)療人員短缺在2035年達(dá)到1290萬，這種情況下對醫(yī)療人員的需求缺口，未來可能更多會倚賴技術(shù)手段，或者在這個基礎(chǔ)上會倚賴醫(yī)用機(jī)器人幫我們減少缺口。根據(jù)TradingEcono