服務(wù)機器人基礎(chǔ) 課件 項目1 初識服務(wù)機器人

項目1初識服務(wù)機器人目錄CONTENTES項目導(dǎo)入1學(xué)習(xí)目標(biāo)2知識鏈接3動手實踐4項目評價5項目小結(jié)6項目習(xí)題7【項目導(dǎo)入】進(jìn)入21世紀(jì)，機器人已逐步由應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域的工業(yè)機器人，擴展到社會生活的方方面面，派生出種類繁多的服務(wù)機器人。目前，工業(yè)機器人已逐漸走向成熟，而服務(wù)機器人的發(fā)展方興未艾，未來空間巨大。那么，什么是服務(wù)機器人呢？服務(wù)機器人是如何分類的？服務(wù)機器人的系統(tǒng)組成有哪些？服務(wù)機器人又有哪些關(guān)鍵的核心技術(shù)？本項目將引領(lǐng)大家一起去尋找這些問題的答案，除此之外，大家還可以學(xué)習(xí)如何操作人形機器人，讓大家切實感受機器人帶來的魅力。服務(wù)機器人1.了解服務(wù)機器人的概念、常見分類以及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀。2.掌握服務(wù)機器人的機械結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成。3.了解服務(wù)機器人的核心技術(shù)、應(yīng)用場景以及發(fā)展趨勢。4.能夠掌握多模態(tài)人形機器人“悟空”的基本操作?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】1.1.1機器人定義【知識鏈接】123機器人不應(yīng)傷害人類，且在人類受到傷害時不可袖手旁觀；

機器人應(yīng)遵守人類的命令，除非這種服從有害于人類；

機器人必須保護(hù)自身不受傷害，除非為了保護(hù)人類或者是人類命令它作出犧牲。機器人三原則1950年，美國作家埃薩克·阿西莫夫在他的科幻小說《I，Robot》中首次使用了“Robotics”，即“機器人學(xué)”。阿西莫夫提出了“機器人三原則”：

機器人學(xué)術(shù)界一直將這三原則作為機器人開發(fā)的準(zhǔn)則，阿西莫夫因此被稱為“機器人學(xué)之父”。1.1機器人定義與分類1.1.1機器人定義機器人是機構(gòu)學(xué)、控制論、電子技術(shù)及計算機等現(xiàn)代科學(xué)綜合應(yīng)用的產(chǎn)物，目前尚處于發(fā)展階段，關(guān)于機器人的概念、定義，仍處于不斷充實、演變之中。不同國家不同學(xué)者給出的機器人定義不盡相同，雖然基本原則一致，但大致都還是有些區(qū)別?！局R鏈接】1.1機器人定義與分類1.1.1機器人定義1.國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO8373-2012

機器人的動作機構(gòu)具有類似于人或其他生物體的某些器官(肢體、感官等)的功能；機器人具有通用性，工作種類多樣，動作程序靈活易變；機器人具有不同程度的智能性，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等；機器人具有獨立性，完整的機器人系統(tǒng)在工作中可以不依賴于人的干預(yù)?！局R鏈接】1.1機器人定義與分類1.1.1機器人定義3.美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）機器人是一種能夠進(jìn)行編程并在自動控制下執(zhí)行某種操作和移動作業(yè)的機械裝備。4.

中國機器人分類標(biāo)準(zhǔn)具有兩個或兩個以上可編程的軸，以及一定程度的自主能力，可在其環(huán)境內(nèi)運動以執(zhí)行預(yù)定任務(wù)的執(zhí)行機構(gòu)。2.美國機器人學(xué)會（RIA）機器人是一種用于移動各種材料、零件、工具或?qū)Ｓ醚b置的、通過程序動作來執(zhí)行各種任務(wù)，并具有編程能力的多功能機械手?！局R鏈接】1.1機器人定義與分類1.1.2機器人分類工業(yè)機器人

工業(yè)機器人是指應(yīng)用生產(chǎn)過程和環(huán)境的機器人。服務(wù)機器人

服務(wù)機器人是指除工業(yè)機器人以外，用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種機器人，分為個人/家用服務(wù)機器人及專業(yè)服務(wù)機器人。根據(jù)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域不同，國際機器人聯(lián)盟（IFR）將機器人分為工業(yè)機器人和服務(wù)機器人。【知識鏈接】1.1機器人定義與分類1.1.2機器人分類借鑒IFR分類標(biāo)準(zhǔn)，我國電子學(xué)會結(jié)合國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展特性，將機器人分為工業(yè)機器人、服務(wù)機器人和特種機器人三類。工業(yè)機器人服務(wù)機器人特種機器人【知識鏈接】1.1機器人定義與分類1.1.2機器人分類根據(jù)機器人的運動方式，機器人可分為輪式、足腿式、履帶式、蠕動式、浮游式、潛游式、飛行式和其他運動方式機器人。1.輪式機器人輪式機器人按其驅(qū)動方式可分為雙輪驅(qū)動、三輪驅(qū)動、全方位驅(qū)動和其他輪式機器人。2.足腿式機器人足腿式機器人按其腿的數(shù)量可分為雙足、三足、四足和其他足腿式機器人。3.履帶式機器人履帶式機器人按其驅(qū)動履帶及關(guān)節(jié)數(shù)量可分為單節(jié)雙履、雙節(jié)雙履、多節(jié)多履和其他履帶式機器人?！局R鏈接】1.1機器人定義與分類1.1.2機器人分類4.蠕動式機器人輪式機器人按其驅(qū)動方式可分為雙輪驅(qū)動、三輪驅(qū)動、全方位驅(qū)動和其他輪式機器人。5.浮游式機器人足腿式機器人按其腿的數(shù)量可分為雙足、三足、四足和其他足腿式機器人。6.潛游式機器人履帶式機器人按其驅(qū)動履帶及關(guān)節(jié)數(shù)量可分為單節(jié)雙履、雙節(jié)雙履、多節(jié)多履和其他履帶式機器人?！局R鏈接】1.1機器人定義與分類1.1.2機器人分類7.飛行式機器人飛行式機器人按其起飛可分為直升飛行、滑行飛行、手拋飛行和其他飛行式機器人。其他運動方式機器人機器人運動方式機器人主要包括固定式、復(fù)合式、穿戴式、噴射式和除1~7運動方式之外的機器人?！局R鏈接】1.1機器人定義與分類1.1.2機器人分類按JB/T8430-2014的5.1分類，機器人按其機械結(jié)構(gòu)類型可分為垂直關(guān)節(jié)型機器人、平面關(guān)節(jié)型機器人、直角坐標(biāo)型機器人、并聯(lián)機器人和其他機械結(jié)構(gòu)類型機器人。六軸垂直關(guān)節(jié)型機器人平面關(guān)節(jié)型機器人三自由度直角坐標(biāo)型機器人并聯(lián)機器人1.1機器人定義與分類【知識鏈接】根據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR）定義服務(wù)機器人是一種半自主或全自主工作的機器人，它能完成有益于人類的服務(wù)工作，但不包括從事生產(chǎn)的設(shè)備。采血機器人掃地機器人人形機器人工業(yè)用操縱機器人如果被用于非制造業(yè)，也被認(rèn)為是服務(wù)機器人。01服務(wù)機器人可能安裝，也可能不安裝機械手臂。02通常，但并不總是，服務(wù)機器人是可移動的。03診療機器人1.2.1服務(wù)機器人的定義【知識鏈接】1.2服務(wù)機器人概述1.2.1服務(wù)機器人的定義【知識鏈接】1.2服務(wù)機器人概述我國對服務(wù)機器人的相關(guān)定義根據(jù)2021年3月發(fā)布《服務(wù)機器人機械安全評估與測試方法（GB/T39785-2021）》定義：除工業(yè)自動化應(yīng)用外，能為人類或設(shè)備完成有用任務(wù)的機器人。注1：工業(yè)自動化應(yīng)用包括（但不限于）制造、檢驗、包裝和裝配。注2：用于生產(chǎn)線的關(guān)節(jié)機器人是工業(yè)機器人，而類似的關(guān)節(jié)機器人用于供餐的屬于服務(wù)機器人。我國在2021年6月1日實施的《機器人分類》（GB/T39405-2020）標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)使用者的類別，將服務(wù)機器人分為個人/家庭服務(wù)機器人和公共服務(wù)機器人，與國際標(biāo)準(zhǔn)不同。1.2.2服務(wù)機器人的分類1.2服務(wù)機器人概述【知識鏈接】公共服務(wù)機器人個人/家用服務(wù)機器人中國電子學(xué)會結(jié)合國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展特性，根據(jù)服務(wù)機器人應(yīng)用場景細(xì)分不同，將服務(wù)機器人分為個人/家用服務(wù)機器人、醫(yī)療服務(wù)機器人和公共服務(wù)機器人。1.2.2服務(wù)機器人的分類1.2服務(wù)機器人概述【知識鏈接】家用服務(wù)機器人，又叫家庭服務(wù)機器人，按其使用用途可分為：工具型和教育型服務(wù)機器人；根據(jù)其應(yīng)用場景不同可分為：家政、教育娛樂、養(yǎng)老助殘、安防監(jiān)控機器人等。（1）家庭服務(wù)機器人中國電子學(xué)會結(jié)合國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展特性，根據(jù)服務(wù)機器人應(yīng)用場景細(xì)分不同，將服務(wù)機器人分為個人/家用服務(wù)機器人、醫(yī)療服務(wù)機器人和公共服務(wù)機器人。1.2.2服務(wù)機器人的分類1.2服務(wù)機器人概述【知識鏈接】

家政機器人

娛樂機器人

家用監(jiān)控機器人

醫(yī)療服務(wù)機器人是指用于醫(yī)院、診所的醫(yī)療或輔助醫(yī)療的機器人。主要在醫(yī)院和診所中應(yīng)用，可提供醫(yī)療問診，搬運物體，輔助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)等。根據(jù)用途不同，醫(yī)療服務(wù)機器人可分為：臨床醫(yī)療用機器人、護(hù)理機器人、醫(yī)用教學(xué)機器人和醫(yī)療康復(fù)機器人等。中國電子學(xué)會結(jié)合國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展特性，根據(jù)服務(wù)機器人應(yīng)用場景細(xì)分不同，將服務(wù)機器人分為個人/家用服務(wù)機器人、醫(yī)療服務(wù)機器人和公共服務(wù)機器人。1.2.2服務(wù)機器人的分類1.2服務(wù)機器人概述【知識鏈接】達(dá)芬奇手術(shù)機器人醫(yī)療物資運輸機器人下肢康復(fù)訓(xùn)練機器人（2）醫(yī)療服務(wù)機器人公共服務(wù)機器人指在農(nóng)業(yè)、金融、物流等除醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外的公共場合為人類提供一般服務(wù)的機器人。根據(jù)應(yīng)用場景不同，公共服務(wù)機器人可分為：引導(dǎo)接待機器人、終端配送機器人和智能安防機器人等。（3）公共服務(wù)機器人中國電子學(xué)會結(jié)合國內(nèi)機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展特性，根據(jù)服務(wù)機器人應(yīng)用場景細(xì)分不同，將服務(wù)機器人分為個人/家用服務(wù)機器人、醫(yī)療服務(wù)機器人和公共服務(wù)機器人。1.2.2服務(wù)機器人的分類1.2服務(wù)機器人概述【知識鏈接】引導(dǎo)接待機器人送餐機器人安防巡檢機器人1.發(fā)展歷程服務(wù)機器人的發(fā)展隨著人工智能技術(shù)的演進(jìn)和市場需求的變化與時俱進(jìn)，其發(fā)展歷程大致可分為三個階段。1.2.3服務(wù)機器人的發(fā)展概況1.2服務(wù)機器人概述【知識鏈接】服務(wù)機器人發(fā)展歷程實驗室階段1960年，第一臺水下機器人ROV1968年，第一智能機器人1969年，第一臺雙足仿生機器人萌芽階段1990年，TRC公司護(hù)士助手1995年，中國第一臺水下機器人1999年，日本索尼第一代寵物機器人20世紀(jì)50~60年代20世紀(jì)70~90年代發(fā)展階段2000年，第一個機器人手術(shù)系統(tǒng)2005年，我國服務(wù)機器人初具規(guī)模21世紀(jì)70~2.市場規(guī)模及增速1.2.3服務(wù)機器人的發(fā)展概況1.2服務(wù)機器人概述【知識鏈接】數(shù)據(jù)來源：中國電子學(xué)會，《中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2022年）》2017-2024年全球服務(wù)機器人銷售額及增長率2022年全球機器人市場結(jié)構(gòu)據(jù)中國電子學(xué)會發(fā)布的《中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2022年）》，2022年全球機器人市場規(guī)模預(yù)計達(dá)513億美元，年均增長率為14%，其中工業(yè)機器人市場占38%，服務(wù)機器人市場占42%，特種機器人市場占20%。預(yù)計到2024年，全球機器人市場規(guī)模有望突破650億美元。中國服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)也在快速擴張，2022年市場規(guī)模占機器人行業(yè)總規(guī)模的37%，預(yù)計到2024年中國服務(wù)機器人市場規(guī)模將超過100億美元。2022年我國機器人市場結(jié)構(gòu)2017-2024年我國服務(wù)機器人銷售額及增長率數(shù)據(jù)來源：中國電子學(xué)會，《中國機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告（2022年）》3.發(fā)展前景1.2.3服務(wù)機器人的發(fā)展概況1.2服務(wù)機器人概述【知識鏈接】服務(wù)機器人市場得以快速發(fā)展的驅(qū)動力，除了國家政策引導(dǎo)外，核心在于其服務(wù)屬性。伴隨人們物質(zhì)水平的提高，對于生活質(zhì)量的要求也不斷提升，加之各行各業(yè)由于人口老齡化、人口紅利減弱帶來的降本增效壓力，服務(wù)機器人成為很好的載體，凸顯出其價值。市場需求：根本驅(qū)動力龐大人口基數(shù)市場潛力巨大人口紅利消失需求不斷增加老齡化特殊工作需求收入提高支付能力提高產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展資本涌入杰出人才人才優(yōu)勢企業(yè)布局工程師紅利供應(yīng)鏈優(yōu)勢成本優(yōu)勢技術(shù)成熟價格下降功能提高市場放量制造優(yōu)勢+服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)驅(qū)動力及發(fā)展邏輯1.3服務(wù)機器人的產(chǎn)業(yè)鏈1.3服務(wù)機器人的產(chǎn)業(yè)鏈【知識鏈接】服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)鏈可分為上游、中游和下游。上游是機器人核心零部件研發(fā)與生產(chǎn)商，提供機器人所需的核心組件和功能模塊。中游包括機器人本體制造商和系統(tǒng)集成商，分別負(fù)責(zé)機器人整機的生產(chǎn)和定制化集成應(yīng)用開發(fā)。下游則是各類細(xì)分市場，如教育、醫(yī)療、新零售等，形成巨大的機器人應(yīng)用市場。服務(wù)機器人產(chǎn)業(yè)鏈1.4.1服務(wù)機器人的核心技術(shù)1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】1.環(huán)境感知技術(shù)（1）機器人對傳感器的要求環(huán)境感知技術(shù)作為機器人系統(tǒng)不可或缺的一部分，與智能機器人的地圖構(gòu)建、運動控制等功能息息相關(guān)。機器人的感知功能通常需要通過各類傳感器來實現(xiàn)。（2）環(huán)境感知技術(shù)對機器人的作用①對機器人地圖構(gòu)建功能的補充；②幫助機器人對周圍環(huán)境進(jìn)行檢測、識別和追蹤；③使機器人能夠觀察和理解人類行動，與人類友好共存。強抗干擾能力由于機器人工作環(huán)境復(fù)雜未知，因此機器人需具備抗電磁干擾、灰塵和油垢等惡劣環(huán)境的干擾能力高精度傳感器幫助機器人自主完成既定工作，如果其精度差，則直接影響機器人的質(zhì)量。高可靠性若傳感器不穩(wěn)定，很容易導(dǎo)致機器人出現(xiàn)故障，嚴(yán)重則可能造成重大事故。表機器人對傳感器的三大要求1.4.1服務(wù)機器人的核心技術(shù)1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】1.環(huán)境感知技術(shù)（3）多傳感器融合技術(shù)環(huán)境感知技術(shù)作為機器人系統(tǒng)不可或缺的一部分，與智能機器人的地圖構(gòu)建、運動控制等功能息息相關(guān)。機器人的感知功能通常需要通過各類傳感器來實現(xiàn)。目前，為提高服務(wù)機器人的自主移動能力，大多通過激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波傳感器、GPS這五類傳感器及其之間的組合來實現(xiàn)機器人環(huán)境感知。各類型傳感器對比如表所示。傳感器類型探測距離精度優(yōu)點缺點激光雷達(dá)>100米極高實時測量周圍物體與自身距離易受惡劣天氣影響攝像頭50米一般能夠辨別物體易受光影響，辨別能力依賴算法，識別穩(wěn)定性較差毫米波雷達(dá)250米較高性價比高無法探測行人超聲波傳感器3米內(nèi)高能探測絕大部分物體無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測GPS--短期測量精度高能實現(xiàn)全局視角定位無法獲得周圍障礙物的位置信息表各類傳感器對比1.4.1服務(wù)機器人的核心技術(shù)1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】2.運動控制技術(shù)（1）主要實現(xiàn)方式運動控制指機器人為完成各種任務(wù)和動作所執(zhí)行的各種控制手段，既包括各種硬件系統(tǒng)，又包括各種軟件系統(tǒng)。運動控制系統(tǒng)是提高機器人性能的關(guān)鍵因素，主要包含位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力矩控制幾種控制類型。服務(wù)機器人的運動控制主要有電機系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)兩種實現(xiàn)方式。電機系統(tǒng)液壓系統(tǒng)技術(shù)成熟度高系統(tǒng)復(fù)雜性高，定制設(shè)計比較多優(yōu)點控制靈活，使用方便功率密度大，力矩慣量大缺點輸出功率小、傳動部件容易磨損發(fā)熱大，效率低，精度要求高應(yīng)用移動機器人和小型人形機器人大型人形機器人或四足機器人服務(wù)機器人運動控制主要動力實現(xiàn)方式1.4.1服務(wù)機器人的核心技術(shù)1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】2.運動控制技術(shù)（2）主要研究方向運動控制指機器人為完成各種任務(wù)和動作所執(zhí)行的各種控制手段，既包括各種硬件系統(tǒng)，又包括各種軟件系統(tǒng)。運動控制系統(tǒng)是提高機器人性能的關(guān)鍵因素，主要包含位置控制、速度控制、加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力矩控制幾種控制類型。服務(wù)機器人在運動控制方面的主要研究方向為定位導(dǎo)航與運動協(xié)調(diào)控制技術(shù)。定位導(dǎo)航機器人需要通過環(huán)境感知，對自身和目標(biāo)進(jìn)行定位、導(dǎo)航和運動規(guī)劃，SLAM技術(shù)是目前廣泛應(yīng)用的導(dǎo)航技術(shù)。運動協(xié)調(diào)控制機器人需要應(yīng)對復(fù)雜多樣的行走環(huán)境，對自身的姿態(tài)和動作進(jìn)行協(xié)調(diào)。主流SLAM技術(shù)有激光SLAM和V-SLAM，激光SLAM成熟應(yīng)用廣泛，V-SLAM是未來研究趨勢。1.4.1服務(wù)機器人的核心技術(shù)1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】3.人機交互技術(shù)人機交互是指使用計算機外接硬件設(shè)備，以有效方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術(shù)。人通過輸入設(shè)備向機器輸入語音、文本、圖像、觸控等信號，機器通過輸出或顯示設(shè)備向人提供相關(guān)反饋信號。多模態(tài)人機交互系統(tǒng)及其控制方法1.4.1服務(wù)機器人的核心技術(shù)1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】3.人機交互技術(shù)人機交互是指使用計算機外接硬件設(shè)備，以有效方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術(shù)。人通過輸入設(shè)備向機器輸入語音、文本、圖像、觸控等信號，機器通過輸出或顯示設(shè)備向人提供相關(guān)反饋信號。（1）語音交互技術(shù)語音交互基本流程基于語音的人機交互是主要的人機交互形式之一。它以語音為主要信息傳遞方式，使機器能夠像人一樣聽、說、自然地交流，并能準(zhǔn)確回答問題。其主要優(yōu)勢在于使用簡便、信息傳遞高效，同時也能解放雙手和雙眼。1.4.1服務(wù)機器人的核心技術(shù)1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】3.人機交互技術(shù)人機交互是指使用計算機外接硬件設(shè)備，以有效方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術(shù)。人通過輸入設(shè)備向機器輸入語音、文本、圖像、觸控等信號，機器通過輸出或顯示設(shè)備向人提供相關(guān)反饋信號。（1）語音交互技術(shù)國內(nèi)主要的語音技術(shù)供應(yīng)商國內(nèi)主要技術(shù)供應(yīng)商有科大訊飛、云知聲、思必馳、出門問問等，專注于智能語音技術(shù)?？拼笥嶏w在語音識別方面領(lǐng)先，市場份額最大。整體行業(yè)語音識別成功率高，但仍需改善環(huán)境影響和人性化溝通等問題。1.4.1服務(wù)機器人的核心技術(shù)1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】3.人機交互技術(shù)人機交互是指使用計算機外接硬件設(shè)備，以有效方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術(shù)。人通過輸入設(shè)備向機器輸入語音、文本、圖像、觸控等信號，機器通過輸出或顯示設(shè)備向人提供相關(guān)反饋信號。（2）體感交互技術(shù)體感交互的四大特性體感交互是通過識別人的姿勢實現(xiàn)人與機器的互動。它利用攝像系統(tǒng)建立三維空間，并感應(yīng)出人與設(shè)備之間的距離和物體大小。這種交互方式不同于傳統(tǒng)的鼠標(biāo)、鍵盤或多點觸摸，而是結(jié)合了即時動態(tài)捕捉、圖像識別、語音識別和VR等技術(shù)。交互方式的合理性交互動作的設(shè)計需要考慮動作的使用頻率和用戶的疲勞程度交互行為的簡潔性用戶需要對行為進(jìn)行認(rèn)識和理解，降低用戶認(rèn)知負(fù)荷與學(xué)習(xí)成本交互意圖的準(zhǔn)確性明確的動作觸發(fā)指示能夠減少判斷失誤交互反饋的即時性決定了交互過程的流暢程度，從而進(jìn)一步影響用戶參與意愿1.4.1服務(wù)機器人的核心技術(shù)1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】4.操作系統(tǒng)技術(shù)機器人操作系統(tǒng)（ROS）是一種開源操作系統(tǒng)，專為機器人設(shè)計。它提供了獲取、構(gòu)建、編寫和運行多機器人集成的工具和程序。ROS可以提高機器人開發(fā)代碼的復(fù)用率，簡化多個機器人平臺之間創(chuàng)建復(fù)雜和魯棒機器人行為的任務(wù)。目前全球主流的機器人操作系統(tǒng)包括Android和ROS系統(tǒng)。大多數(shù)服務(wù)機器人操作系統(tǒng)都是基于Linux內(nèi)核開發(fā)的，使用ROS作為底層算法系統(tǒng)。ROS具有分布式計算、軟件復(fù)用、快速測試和免費開源等優(yōu)勢，適用于服務(wù)機器人在復(fù)雜應(yīng)用場景中的多節(jié)點多任務(wù)需求。UbuntuLinux系統(tǒng)ROS系統(tǒng)1.4.1服務(wù)機器人的核心技術(shù)1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】5.芯片技術(shù)芯片是指內(nèi)含集成電路的硅片。芯片是機器人的大腦，用于定位導(dǎo)航、視覺識別、處理傳輸、規(guī)劃執(zhí)行等功能。芯片包括通用芯片和專用芯片，通用芯片可廣泛應(yīng)用，而專用芯片一般是專門為服務(wù)機器人定制。智能服務(wù)機器人目前主要使用通用芯片，包括CPU、GPU和FPGA。傳統(tǒng)的CPU是計算機核心，GPU在圖形處理和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計算方面性能更強。雖然FPGA沒有通用計算功能，但在簡單運算上效率高且功耗低。在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測系統(tǒng)中，F(xiàn)PGA的性能超出其他芯片，在相同功率下，32線程下的速度/功耗比約為CPU的42倍，約為GPU的25倍。CPU、GPU、FPGA不同線程處理速度對比通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)機器人的機身是連接、支撐和傳動手臂及行走機構(gòu)的基礎(chǔ)部分，包括手臂運動機構(gòu)、導(dǎo)向裝置和支撐件。根據(jù)機器人的運動方式和使用條件不同，采用的驅(qū)動裝置、傳動機構(gòu)和導(dǎo)向裝置也會有所差異，導(dǎo)致機身結(jié)構(gòu)各異。固定式機器人機身直接聯(lián)接在地面，移動式機器人機身安裝在移動機構(gòu)上。驅(qū)動裝置通常安裝在機身上，實現(xiàn)手臂的各種運動。常見的機身結(jié)構(gòu)類型有升降回轉(zhuǎn)型、俯仰型、直移型和類人機器人結(jié)構(gòu)。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（1）機身（a）升降回轉(zhuǎn)型機身結(jié)構(gòu)（b）俯仰型機身結(jié)構(gòu)（c）直移型機身結(jié)構(gòu)（d）類人形機身結(jié)構(gòu)1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)手臂是機器人執(zhí)行機構(gòu)的重要組成部分，通常具有3個自由度，用于伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運動。手臂的各種運動由驅(qū)動機構(gòu)和傳動機構(gòu)實現(xiàn)，需承受物體重量和末端執(zhí)行器、手腕及手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性、工作載荷和定位精度直接影響機器人性能，因此設(shè)計需根據(jù)抓取重量、自由度、運動速度和定位精度等要求進(jìn)行。按手臂的結(jié)構(gòu)形式區(qū)分，手臂有單臂式、雙臂式等結(jié)構(gòu)。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（2）手臂按手臂結(jié)構(gòu)形式分1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)手臂是機器人執(zhí)行機構(gòu)的重要組成部分，通常具有3個自由度，用于伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降（或俯仰）運動。手臂的各種運動由驅(qū)動機構(gòu)和傳動機構(gòu)實現(xiàn)，需承受物體重量和末端執(zhí)行器、手腕及手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性、工作載荷和定位精度直接影響機器人性能，因此設(shè)計需根據(jù)抓取重量、自由度、運動速度和定位精度等要求進(jìn)行。按手臂的運動形式區(qū)分，手臂有直線運動、回轉(zhuǎn)運動、俯仰運動、復(fù)合運動等結(jié)構(gòu)。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（2）手臂四導(dǎo)向柱式臂部伸縮機構(gòu)1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)機器人手臂的直線運動可以通過多種方式實現(xiàn)，常見的方法包括使用活塞油（汽）缸、齒輪齒條機構(gòu)、絲杠螺母機構(gòu)以及連桿機構(gòu)。其中，活塞油（汽）缸在機器人手臂結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用，因為它具有體積小、重量輕的特點。右圖所示為一種采用四根導(dǎo)向柱的手臂伸縮機構(gòu)。該機構(gòu)通過油缸1來驅(qū)動手臂的垂直伸縮運動。這種結(jié)構(gòu)的特點是行程較長，能夠承載較大的重物。當(dāng)需要抓取形狀不規(guī)則的物體時，為了防止產(chǎn)生較大的偏重力矩，可以采用四根導(dǎo)向柱。這種結(jié)構(gòu)在箱體加工線等場景中被廣泛使用。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（2）手臂--直線運動機構(gòu)四導(dǎo)向柱式臂部伸縮機構(gòu)1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)實現(xiàn)機器人手臂回轉(zhuǎn)運動的常見機構(gòu)包括齒輪傳動機構(gòu)、鏈傳動機構(gòu)和連桿機構(gòu)。其中，齒輪齒條機構(gòu)通過齒條的往復(fù)移動帶動齒輪作往復(fù)回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)手臂的回轉(zhuǎn)運動?；钊卓梢杂蓧毫τ突驂嚎s氣體驅(qū)動，從而帶動齒條的往復(fù)移動。機器人手臂的俯仰運動通常使用活塞油（汽）缸和連桿機構(gòu)結(jié)合實現(xiàn)?；钊孜挥谑直巯路剑钊麠U通過鉸鏈連接手臂，缸體通過耳環(huán)或銷軸與立柱連接，如右圖所示。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（2）手臂--回轉(zhuǎn)和俯仰運動機構(gòu)鉸接活塞缸實現(xiàn)手臂俯仰運動結(jié)構(gòu)示意圖1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)機器人手臂復(fù)合運動結(jié)合直線和回轉(zhuǎn)運動，傳動簡單可靠，廣泛用于固定動作的專用機器人。這種運動模式簡化了驅(qū)動和控制系統(tǒng)，提高了機器人的工作準(zhǔn)確性和可靠性。除手臂外，手腕也可以實現(xiàn)復(fù)合運動，通過不同的動力部件和常用機構(gòu)組合，按照規(guī)定軌跡或運動要求完成手臂和手腕的動作。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（2）手臂--復(fù)合運動機構(gòu)1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)機器人手腕是連接機器人手（手爪）和手臂的部件，它的作用是調(diào)節(jié)或改變被抓物體的方位，具有獨立的自由度。一般采用三自由度多關(guān)節(jié)機構(gòu)，由旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和擺動關(guān)節(jié)組成。為了使手部能處于空間任意方向，通常要求腕部能實現(xiàn)對空間3個坐標(biāo)軸x、y、z的轉(zhuǎn)動，即具有翻轉(zhuǎn)、俯仰和偏轉(zhuǎn)3個自由度，如右圖所示。通常把手腕的翻轉(zhuǎn)稱為Roll，用R表示；把手腕的俯仰稱為Pitch，用P表示；把手腕的偏轉(zhuǎn)稱為Yaw，用Y表示。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（3）手腕手腕的自由度1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)手腕的自由度根據(jù)機器人的工作性能要求確定，有些只有兩個自由度：翻轉(zhuǎn)和俯仰或翻轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)；有的甚至沒有手腕。為滿足特殊需求，有些手腕需要額外的橫向移動自由度。手腕安裝在機器人手臂末端，其大小和重量是設(shè)計時需要考慮的關(guān)鍵問題，盡量采用緊湊的結(jié)構(gòu)和合理的自由度。根據(jù)自由度的數(shù)目和驅(qū)動方式的不同，手腕可以分為單自由度、二自由度、三自由度手腕以及直接驅(qū)動和間接驅(qū)動手腕。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（3）手腕單自由度手腕二自由度手腕1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)手腕的自由度根據(jù)機器人的工作性能要求確定，有些只有兩個自由度：翻轉(zhuǎn)和俯仰或翻轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)；有的甚至沒有手腕。為滿足特殊需求，有些手腕需要額外的橫向移動自由度。手腕安裝在機器人手臂末端，其大小和重量是設(shè)計時需要考慮的關(guān)鍵問題，盡量采用緊湊的結(jié)構(gòu)和合理的自由度。根據(jù)自由度的數(shù)目和驅(qū)動方式的不同，手腕可以分為單自由度、二自由度、三自由度手腕以及直接驅(qū)動和間接驅(qū)動手腕。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（3）手腕三自由度手腕1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)手腕的自由度根據(jù)機器人的工作性能要求確定，有些只有兩個自由度：翻轉(zhuǎn)和俯仰或翻轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)；有的甚至沒有手腕。為滿足特殊需求，有些手腕需要額外的橫向移動自由度。手腕安裝在機器人手臂末端，其大小和重量是設(shè)計時需要考慮的關(guān)鍵問題，盡量采用緊湊的結(jié)構(gòu)和合理的自由度。根據(jù)自由度的數(shù)目和驅(qū)動方式的不同，手腕可以分為單自由度、二自由度、三自由度手腕以及直接驅(qū)動和間接驅(qū)動手腕。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（3）手腕液壓直接驅(qū)動BBR手腕1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)手腕的自由度根據(jù)機器人的工作性能要求確定，有些只有兩個自由度：翻轉(zhuǎn)和俯仰或翻轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)；有的甚至沒有手腕。為滿足特殊需求，有些手腕需要額外的橫向移動自由度。手腕安裝在機器人手臂末端，其大小和重量是設(shè)計時需要考慮的關(guān)鍵問題，盡量采用緊湊的結(jié)構(gòu)和合理的自由度。根據(jù)自由度的數(shù)目和驅(qū)動方式的不同，手腕可以分為單自由度、二自由度、三自由度手腕以及直接驅(qū)動和間接驅(qū)動手腕。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（3）手腕遠(yuǎn)程傳動手腕1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)機器人手是機器人用于抓取和握緊工具進(jìn)行操作的部件，具有仿人手動作功能和觸覺識別功能。由方形手掌和節(jié)狀手指組成，裝有觸敏元件和熱敏元件。手指連接軸上有電位器轉(zhuǎn)換手指彎曲角度信息。機器人手具有靈巧的指、腕關(guān)節(jié)，可感知抓握物體重量，具備人手功能。根據(jù)被握物體屬性可分為夾鉗式、吸附式、專用操作器和仿生多指靈巧手等類型，如右圖所示。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（4）手（手爪）夾鉗式取料手吸附式取料手仿生多指靈巧手1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)行走機構(gòu)是機器人行走的重要執(zhí)行部件，支撐機器人身體，并根據(jù)任務(wù)需求使其在空間內(nèi)移動。按運動軌跡分為固定軌跡式和無固定軌跡式兩種類型，分別用于工業(yè)機器人和移動機器人。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，行走機構(gòu)可分為車輪式、履帶式、足式等類型，還包括步進(jìn)式、蠕動式、混合式和蛇行式等適用于不同場景的形式。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（5）行走機構(gòu)固定軌跡--行走式無固定軌跡--足式無固定軌跡--輪式無固定軌跡--履帶式1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)a.車輪式行走機構(gòu)車輪式行走機構(gòu)具有移動平穩(wěn)、能耗小以及容易控制移動速度和方向等優(yōu)點。輪式移動機器人是目前移動機器人使用較為普遍的一種機器人，其使用的驅(qū)動輪通常分為普通輪、全向輪和萬向輪等。按照輪子類型不同和數(shù)量不同又分為單輪滾動、兩輪差動、三輪全向、四輪全向等。在實際應(yīng)用比較多的輪式行走機構(gòu)通常為3輪式或4輪式，如右圖所示。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（5）行走機構(gòu)常見輪式行走機構(gòu)1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)b.履帶式行走機構(gòu)履帶式行走機構(gòu)由履帶、驅(qū)動鏈輪、支承輪、托帶輪和張緊輪組成。相較于車輪式行走機構(gòu)，履帶式的特點如下：支承面積大，適合松軟或泥濘場地作業(yè)，通過性能好；越野機動性能好，爬坡、越溝等性能優(yōu)于車輪式結(jié)構(gòu)；履帶上有履齒，不易打滑，牽引性能好；轉(zhuǎn)向靠左右履帶速度差實現(xiàn)，橫向和前進(jìn)容易產(chǎn)生滑動；結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大、運動慣性大，減震性能差，易受損。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（5）行走機構(gòu)履帶式行走機構(gòu)1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)c.足式行走機構(gòu)足式行走機構(gòu)相比輪式行走和履帶式行走機構(gòu)更具適應(yīng)性，尤其在有障礙物或難以接近的工作場景下更具優(yōu)勢。足式行走機構(gòu)可以行走在平地和不平地面上，并能跨越溝壑和臺階。根據(jù)保持平衡方式的不同，足式行走機構(gòu)可分為靜態(tài)穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定的多足機構(gòu)。根據(jù)足的數(shù)量，足式行走機構(gòu)可分為單足、雙足、三足、四足、六足、八足等。其中，雙足和四足機構(gòu)適應(yīng)性和靈活性最好，最接近人類和動物，因此應(yīng)用最廣泛。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（5）行走機構(gòu)足式機器人1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。1.機械系統(tǒng)c.足式行走機構(gòu)雙足行走機構(gòu)原理圖如右圖所示。雙足機器人行走機構(gòu)是空間連桿機構(gòu)，在行走過程中，行走機構(gòu)始終滿足靜力學(xué)的靜態(tài)平衡條件，也就是機器人的重心始終落在支持地面的一腳上。服務(wù)機器人的機械系統(tǒng)通常包括機身、手臂、手腕、手（手爪）、行走機構(gòu)等部分。（5）行走機構(gòu)雙足行走機構(gòu)原理1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。2.驅(qū)動系統(tǒng)是機器人動作的關(guān)鍵部件，由驅(qū)動裝置組成，根據(jù)控制信號使機器人運動?？煞譃殡妱印⒁簤?、氣動及其綜合系統(tǒng)。（1）電動驅(qū)動電動驅(qū)動是機器人常用的驅(qū)動方式，通過各種電動機產(chǎn)生力矩和力來驅(qū)動機器人執(zhí)行運動。常見電機包括直流電機、伺服電機和步進(jìn)電機，能將電信號轉(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度輸出。例如，水下機器魚通常使用直流電機驅(qū)動曲柄機構(gòu)產(chǎn)生拍動，推動機器魚前行；仿人形機器人則采用永磁式直流伺服電機驅(qū)動手部、腰部和腿部關(guān)節(jié)運動。（a）水下機器魚（b）

人形機器人電動驅(qū)動機器人1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。2.驅(qū)動系統(tǒng)是機器人動作的關(guān)鍵部件，由驅(qū)動裝置組成，根據(jù)控制信號使機器人運動。可分為電動、液壓、氣動及其綜合系統(tǒng)。（2）液壓驅(qū)動如右圖所示獵豹機器人，是一種液壓驅(qū)動的機器人，使用高壓油作為工作介質(zhì)。液壓驅(qū)動系統(tǒng)具有動力大、力矩與慣量比大、響應(yīng)快、易于實現(xiàn)直接驅(qū)動等優(yōu)點，適用于承載能力大、重載搬運和零件加工的機器人。然而，液壓系統(tǒng)需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換（將電能轉(zhuǎn)換為液壓能），速度控制通常采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動驅(qū)動系統(tǒng)低。液壓系統(tǒng)的液體泄漏會對環(huán)境造成污染，同時工作噪音也較高，這限制了它在裝配作業(yè)中的應(yīng)用。液壓驅(qū)動--獵豹機器人1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。2.驅(qū)動系統(tǒng)是機器人動作的關(guān)鍵部件，由驅(qū)動裝置組成，根據(jù)控制信號使機器人運動?？煞譃殡妱印⒁簤?、氣動及其綜合系統(tǒng)。（2）液壓驅(qū)動如右圖所示獵豹機器人，是一種液壓驅(qū)動的機器人，使用高壓油作為工作介質(zhì)。液壓驅(qū)動系統(tǒng)具有動力大、力矩與慣量比大、響應(yīng)快、易于實現(xiàn)直接驅(qū)動等優(yōu)點，適用于承載能力大、重載搬運和零件加工的機器人。然而，液壓系統(tǒng)需要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換（將電能轉(zhuǎn)換為液壓能），速度控制通常采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動驅(qū)動系統(tǒng)低。液壓系統(tǒng)的液體泄漏會對環(huán)境造成污染，同時工作噪音也較高，這限制了它在裝配作業(yè)中的應(yīng)用。液壓驅(qū)動--獵豹機器人1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。2.驅(qū)動系統(tǒng)是機器人動作的關(guān)鍵部件，由驅(qū)動裝置組成，根據(jù)控制信號使機器人運動。可分為電動、液壓、氣動及其綜合系統(tǒng)。（3）氣動驅(qū)動氣動驅(qū)動系統(tǒng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價格低等特點。相比于液壓驅(qū)動，氣動驅(qū)動更適合在中、小負(fù)荷的機器人中采用，如圖所示，F(xiàn)esto氣驅(qū)蝙蝠。氣動驅(qū)動--Festo氣驅(qū)蝙蝠1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。2.驅(qū)動系統(tǒng)是機器人動作的關(guān)鍵部件，由驅(qū)動裝置組成，根據(jù)控制信號使機器人運動?？煞譃殡妱印⒁簤?、氣動及其綜合系統(tǒng)。（4）其他驅(qū)動除了常用的驅(qū)動方式外，還有一些新型的驅(qū)動方式，如磁致伸縮驅(qū)動、形狀記憶合金、靜電驅(qū)動和超聲波電機等。這些驅(qū)動方式主要應(yīng)用于體積小、微型規(guī)模的機器人。例如，美國波士頓大學(xué)開發(fā)了一種壓電微電機驅(qū)動的機器螞蟻，通過壓電微電機驅(qū)動每條腿運動，用于實驗室中的塵埃收集或從活體病人身體中提取細(xì)胞。清華大學(xué)和美國加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家們研發(fā)了一款以蟑螂為靈感的微型機器人，通過彎曲壓電薄膜的結(jié)構(gòu)諧振頻率驅(qū)動，具有柔韌性和高度機動性，可以應(yīng)用于救災(zāi)活動。機器螞蟻蟑螂機器人1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。3.感知系統(tǒng)服務(wù)機器人的感知系統(tǒng)能夠自主感知周圍環(huán)境和自身狀態(tài)，做出及時判斷并將信息轉(zhuǎn)換成輸出信號的智能系統(tǒng)。它是服務(wù)機器人與人類交互并采取行動的基礎(chǔ)，通常由傳感器、測量電路、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成。服務(wù)機器人感知系統(tǒng)框圖服務(wù)機器人感知系統(tǒng)的各類型傳感器1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。3.感知系統(tǒng)根據(jù)傳感器在機器人本體的位置不同，一般將機器人傳感器分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器兩大類，如右表所示。內(nèi)部傳感器用于檢測各關(guān)節(jié)的位置、速度等變量，為閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)提供反饋信息。外部傳感器用于檢測機器人與周圍環(huán)境之間的一些狀態(tài)變量，如距離、接近程度和接觸情況等，用于引導(dǎo)機器人，便于其識別物體并做出相應(yīng)處理。外部傳感器可使機器人以靈活的方式對它所處的環(huán)境做出反應(yīng)，賦予機器人一定的智能，其作用相當(dāng)于人的五官。外部傳感器（用于感知外部環(huán)境及環(huán)境變化）內(nèi)部傳感器（用于檢測并感知機器人自身的狀態(tài)）類型感知功能類型檢測功能視覺傳感器亮度、圖像信息速度傳感器速度、角速度聽覺傳感器聲音信息加速度傳感器加速度嗅覺（氣體傳感器）各種類型氣體角度傳感器傾斜角、方位角力覺傳感器力、力矩力/力矩傳感器力/力矩觸覺傳感器接觸、滑動位移傳感器位移熱覺傳感器溫度溫度傳感器溫度接近覺傳感器距離

方向覺傳感器方位角

表常用于服務(wù)機器人的傳感器1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。4.控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是服務(wù)機器人的“大腦”，負(fù)責(zé)接收、處理和執(zhí)行各種指令，實現(xiàn)機器人的運動和操作。控制系統(tǒng)還負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)機器人內(nèi)部各個部件的工作，確保機器人的穩(wěn)定運行和安全性?？刂葡到y(tǒng)通過傳感器等感知設(shè)備獲取環(huán)境信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序和算法做出相應(yīng)的決策和反應(yīng)。機器人控制系統(tǒng)是實時控制系統(tǒng)，以計算機控制技術(shù)為核心，包括硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)。它根據(jù)機器人的功能、結(jié)構(gòu)和運動方式，實現(xiàn)機器人的工作目標(biāo)。隨著技術(shù)發(fā)展，控制系統(tǒng)在服務(wù)機器人中扮演關(guān)鍵角色，提升性能并拓展應(yīng)用領(lǐng)域。1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。4.控制系統(tǒng)（1）控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式機器人控制系統(tǒng)是實時控制系統(tǒng)，以計算機控制技術(shù)為核心，包括硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)。它根據(jù)機器人的功能、結(jié)構(gòu)和運動方式，實現(xiàn)機器人的工作目標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式串行處理結(jié)構(gòu)串行處理結(jié)構(gòu)是機器人控制算法由串行機來處理。根據(jù)計算機結(jié)構(gòu)和控制方式，可分為單CPU結(jié)構(gòu)集中控制方式、二級CPU結(jié)構(gòu)主從控制方式和多CPU結(jié)構(gòu)分布式控制方式。并行處理結(jié)構(gòu)為滿足串行結(jié)構(gòu)控制器中的實時計算要求，可采用高檔微機或小型機，或者采用多處理器并行計算來提高控制器的計算能力。構(gòu)建并行處理結(jié)構(gòu)的機器人控制器的計算機系統(tǒng)通常采用：開發(fā)機器人控制系統(tǒng)專用的VLSI、利用有并行處理能力的芯片式計算機構(gòu)成并行網(wǎng)絡(luò)，以及利用通用微處理器。1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。4.控制系統(tǒng)（2）控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)機器人控制系統(tǒng)是實時控制系統(tǒng)，以計算機控制技術(shù)為核心，包括硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)。它根據(jù)機器人的功能、結(jié)構(gòu)和運動方式，實現(xiàn)機器人的工作目標(biāo)。服務(wù)機器人控制系統(tǒng)的硬件目前，機器人控制系統(tǒng)采用上、下位機二級分布式結(jié)構(gòu)：上位機管理系統(tǒng)、進(jìn)行運動學(xué)計算和軌跡規(guī)劃；下位機包括執(zhí)行控制板、傳感器模塊、電機驅(qū)動模塊和電源模塊，接收上位機指令，輸出PWM信號控制電機，并管理外圍設(shè)備。服務(wù)機器人控制系統(tǒng)的硬件一般包括主機模塊、執(zhí)行控制模塊、轉(zhuǎn)接板、配套電源等部分。主機模塊包括安卓板或X86板、顯示器等；執(zhí)行控制板模塊由單片機和相應(yīng)電路板組成，轉(zhuǎn)接板包括一些端子和繼電器，其功能是轉(zhuǎn)接信號；電源用于控制系統(tǒng)供電。1.4.2典型服務(wù)機器人系統(tǒng)組成1.4服務(wù)機器人的核心技術(shù)【知識鏈接】通常來說，服務(wù)機器人的系統(tǒng)一般由機械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。4.控制系統(tǒng)（3）控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)機器人控制系統(tǒng)是實時控制系統(tǒng)，以計算機控制技術(shù)為核心，包括硬件結(jié)構(gòu)和軟件系統(tǒng)。它根據(jù)機器人的功能、結(jié)構(gòu)和運動方式，實現(xiàn)機器人的工作目標(biāo)。人形服務(wù)機器人控制系統(tǒng)架構(gòu)服務(wù)機器人的軟件控制系統(tǒng)通常以計算機操作系統(tǒng)Windows、Linux等為基礎(chǔ)，主要管理用戶程序中功能模塊的執(zhí)行和函數(shù)調(diào)用，為傳感器信息和控制信息的傳遞提供通道，以及提供機器人附件和其他擴展接口等中間組件，是最底層和最上層之間聯(lián)系的紐帶。1.5.1服務(wù)機器人技術(shù)展望1.5服務(wù)機器人的應(yīng)用及其展望【知識鏈接】智能化發(fā)展趨勢自主化發(fā)展趨勢協(xié)同化發(fā)展趨勢模塊化發(fā)展趨勢深度學(xué)習(xí)算法應(yīng)用情感識別與表達(dá)自主學(xué)習(xí)與適應(yīng)導(dǎo)航與定位技術(shù)環(huán)境感知與建模自主決策與執(zhí)行多機器人協(xié)同人機協(xié)同云端協(xié)同功能模塊化硬件標(biāo)準(zhǔn)化軟件開源化1.5.2服務(wù)機器人應(yīng)用展望1.5服務(wù)機器人的應(yīng)用及其展望【知識鏈接】服務(wù)機器人工作應(yīng)用場景實踐任務(wù)1：列出你所知道的服務(wù)機器人類型和品牌實踐任務(wù)1【動手實踐】一、實踐組織以小組調(diào)研討論PK匯報的形式完成任務(wù)實踐。二、實踐內(nèi)容以小組為單位，利用網(wǎng)絡(luò)、期刊等途徑，針對以下主題進(jìn)行討論。主題1：什么是機器人？機器人的發(fā)展歷程都經(jīng)歷了哪些？主題2：什么是服務(wù)機器人？服務(wù)機器人都有哪些種類？主題3：我國的服務(wù)機器人廠商有哪些？主題4：服務(wù)機器人的核心技術(shù)有哪些？主題5：說一說你眼中的服務(wù)機器人是什么樣的？每組利用15分鐘進(jìn)行歸納總結(jié)，并制作對此主題的分析PPT。每個小組依次派代表進(jìn)行主題討論結(jié)果演講，最后由全體同學(xué)進(jìn)行投票，決出優(yōu)勝小組。實踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“多模態(tài)人形機器人--悟空”實踐任務(wù)2【動手實踐】基于前面對服務(wù)機器人的概念、種類以及服務(wù)機器人的核心技術(shù)學(xué)習(xí)與了解，依托多模態(tài)人形機器人進(jìn)行服務(wù)機器人體驗實訓(xùn)，感受服務(wù)機器人的智能化和趣味性。任務(wù)描述任務(wù)目標(biāo)通過玩轉(zhuǎn)“多模態(tài)人形機器人—悟空”實踐任務(wù)主要達(dá)到以下目標(biāo)：①深入了解服務(wù)機器人的核心技術(shù)、系統(tǒng)組成以及應(yīng)用場景；②認(rèn)識多模態(tài)人形機器人的交互方式，體驗多模態(tài)人形機器人的運動控制、機器視覺和語音識別等功能；③能熟練操作多模態(tài)人形機器人。實踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“多模態(tài)人形機器人--悟空”實踐任務(wù)2【動手實踐】任務(wù)實施（1）操作多模態(tài)人形機器人開關(guān)機①開機操作將人形機器人“悟空”放在平整的桌面上并擺成蹲下姿勢。長按開機鍵，直到“悟空”嘴部LED燈亮起白色即可松手。開機需等待60秒左右，當(dāng)人形機器人“悟空”說“我已經(jīng)準(zhǔn)備好了”后即開始使用。首次開機后，可根據(jù)人形機器人“悟空”提示進(jìn)行設(shè)置。②關(guān)機操作長按電源鍵3秒，直到人形機器人“悟空”提示關(guān)機；對人形機器人“悟空”說“悟空悟空，關(guān)機”。人形機器人“悟空電源鍵實踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“多模態(tài)人形機器人--悟空”實踐任務(wù)2【動手實踐】任務(wù)實施（2）機器人聯(lián)網(wǎng)設(shè)置①下載安裝手機應(yīng)用掃描如圖所示二維碼或前往APPStore及安卓市場下載“悟空教育版”。②藍(lán)牙連接打開悟空教育版APP后會收到需要打開手機藍(lán)牙的提示，可根據(jù)提示打開手機藍(lán)牙。①下載安裝手機應(yīng)用②藍(lán)牙連接實踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“多模態(tài)人形機器人--悟空”實踐任務(wù)2【動手實踐】任務(wù)實施（2）機器人聯(lián)網(wǎng)設(shè)置③選擇配網(wǎng)方式先根據(jù)提示對機器人進(jìn)行“批量配網(wǎng)”設(shè)置。完成后點擊勾選“悟空已經(jīng)開機成功”。再根據(jù)提示進(jìn)入機器人聯(lián)網(wǎng)方式選擇。可選擇使用“WiFi”或“移動網(wǎng)絡(luò)”。④開始配網(wǎng)打開悟空教育版APP后會收到需要打開手機藍(lán)牙的提示，可根據(jù)提示打開手機藍(lán)牙。③選擇配網(wǎng)方式④開始配網(wǎng)實踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“多模態(tài)人形機器人--悟空”實踐任務(wù)2【動手實踐】任務(wù)實施（3）連接機器人—悟空點擊“連接機器人”，在跳轉(zhuǎn)后的頁面輸入機器人序列號。即輸入機器人背部的條形碼后四位數(shù)。悟空機器人聯(lián)網(wǎng)連接成功后，可在悟空教育APP界面右上角可看到與悟空機器人背部條形碼后4位一致的數(shù)字。實踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“多模態(tài)人形機器人--悟空”實踐任務(wù)2【動手實踐】任務(wù)實施（4）人形機器人“悟空”運動表演①舞蹈表演通過語音喚醒人形機器人“悟空”進(jìn)行舞蹈表演，例如，可以對機器人說“悟空悟空，跳個舞吧”，就會開始跳舞表演；也可以通過APP中“動作廣場”展示舞蹈。②動作表演通過語音喚醒人形機器人“悟空”進(jìn)行動作表演，例如，可以對機器人說“悟空悟空，做個俯臥撐”，就會開始表演俯臥撐；也可以通過APP中“動作廣場”展示動作。①舞蹈表演②動作表演實踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“多模態(tài)人形機器人--悟空”實踐任務(wù)2【動手實踐】任務(wù)實施（5）與人形機器人“悟空”互動多模態(tài)人形機器人“悟空”有豐富的互動功能，它能播放海量高品質(zhì)的無損音樂；它能表演各大熱門的流行舞曲及專屬舞蹈；它能語音拍照；它還支持查詢最新新聞資訊、體育賽事等。悟空的舞蹈和體育賽事互動功能如圖所示。與人形機器人“悟空”互動實踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“多模態(tài)人形機器人--悟空”實踐任務(wù)2【動手實踐】任務(wù)實施（6）對人形機器人“悟空”進(jìn)行自定義功能訓(xùn)練多模態(tài)人形機器人“悟空”可以自定義設(shè)置語音指令和行為，讓人形機器人“悟空”聽到語音指令即執(zhí)行相對應(yīng)的行為，具體操作如圖所示。設(shè)置行為技能訓(xùn)練設(shè)置指令添加技能實踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“多模態(tài)人形機器人--悟空”實踐任務(wù)2【動手實踐】任務(wù)實施（7）對人形機器人“悟空”進(jìn)行AI編程①編導(dǎo)“晃腦袋”動作a.進(jìn)入動作編導(dǎo)界面：點擊“AI編動作”，進(jìn)入動作編導(dǎo)界面。b.操縱關(guān)節(jié)：人形機器人“悟空”有6個關(guān)節(jié)，分別設(shè)在“頭部”、“腰部”、“左臂”、“右臂”、“左腿”和“右腿”的位置，選中“頭部”，即可自由操縱“頭部”的角度。將“頭部”移動至正中間位置，按下“添加”，時間1.0秒；將“頭部”移動至最左側(cè)位置，按下“添加”，時間1.0秒；將“頭部”移動至最右側(cè)位置，按下“添加”，時間1.0秒；將“頭部”移動至正中間位置，按下“添加”；添加完成后，即可看到編“晃腦袋”動作界面圖。根據(jù)屏幕提示，開始執(zhí)行動作，執(zhí)行過程中，也可通過按鍵停止動作。最后，保存動作，并命令為“晃腦袋”。編導(dǎo)“晃腦袋”動作步驟實踐任務(wù)2：玩轉(zhuǎn)“多模態(tài)人形機器人--悟空”實踐任務(wù)2【動手實踐】任務(wù)實施（7）對人形機器人“悟空”進(jìn)行AI編程②編導(dǎo)“撓癢”動作a.操縱關(guān)節(jié)：選中人形機器人“悟空”的“右臂”，即可自由操縱“右臂”的角度。先將“右臂”移動至正中間位置，按下“添加”，時間1.0秒；