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摘要：服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员 ，可以分为专业领域服务机器人和个人/家庭服务机器人 ，服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养 、修理 、运输、清洗 、保安 、救援、监护等工作 。服务机器人的使用可以大大减轻人们的劳动负担 ，实现更大程度的解放和安全维护 。比如 ，通过消防机器人的应用，就可以有效避免火灾救火人员的伤亡。下面一起来看服务机器人的相关知识 。一 、服务机器人分类
1 、护士助手机器人
“护士助手 ”机器人是恩格尔伯格创建的TRC公司的第一个服务机器人产品 。它于1985年开始研制，1990年开始出售 ，目前已在世界各国几十家医院投入使用。
“护士助手 ”是自主式机器人 ，它不需要有线制导，也不需要事先作计划 ，一旦编好程序 ，它随时可以完成以下各项任务：运送医疗器材和设备，为病人送饭 ，送病历、报表及信件 ，运送药品，运送试验样品及试验结果 ，在医院内部送邮件及包裹 。
该机器人由行走部分、行驶控制器及大量的传感器组成 。机器人可以在医院中自由行动 ，其速度为0.7米/秒左右。机器人中装有医院的建筑物地图，在确定目的地后机器人利用航线推算法自主地沿走廊导航 ，由结构光视觉传感器及全方位超声波传感器可以探测静止或运动物体 ，并对航线进行修正。它的全方位触觉传感器保证机器人不会与人和物相碰 。车轮上的编码器测量它行驶过的距离 。在走廊中，机器人利用墙角确定自己的位置，而在病房等较大的空间时 ，它可利用天花板上的反射带 ，通过向上观察的传感器帮助定位。需要时它还可以开门 。在多层建筑物中，它可以给载人电梯打电话 ，并进入电梯到所要到的楼层 。紧急情况下 ，例如某一外科医生及其病人使用电梯时，机器人可以停下来 ，让开路 ，2分钟后它重新启动继续前进。通过“护士助手”上的菜单可以选择多个目的地，机器人有较大的荧光屏及用户友好的音响装置 ，用户使用起来迅捷方便 。
2 、脑外科机器人辅助系统
脑外科机器人辅助系统是由北京航空航天大学 、清华大学和海军总院共同研制开发的 。1997年5月用该机器人为病人实施了首例开颅手术 ，到2000年11月已为140多位病人实施了这种手术。
此系统能够使病人抛掉大框架，也能够帮助病人定位 ，并为医生提供手术平台 。医生通过手术台旁边的计算机屏幕 ，就可以为手术确定病灶点，未使用改系统至少要用半天时间才能完成的手术，使用系统后只要30分钟就可完成 。
3、口腔修复机器人
这是一个由计算机和机器人辅助设计 、制作全口义齿人工牙列的应用试验系统。该系统利用图像 、图形技术来获取生成无牙颌患者的口腔软硬组织计算机模型 ，利用自行研制的非接触式三维激光扫描测量系统来获取患者无牙颌骨形态的几何参数 ，采用专家系统软件完成全口义齿人工牙列的计算机辅助统计 。另外，发明和制作了单颗塑料人工牙与最终要完成的人工牙列之间的过渡转换装置--可调节排牙器 。
基于机器人可以实现排牙的任意位置和姿态控制。利用口腔修复机器人相当于快速培养和造就了一批高级口腔修复医疗专家和技术员。利用机器人来代替手工排牙 ，不但比口腔医疗专家更精确地以数字的方式操作 ，同时还能避免专家因疲劳、情绪 、疏忽等原因造成的失误 。这将使全口义齿的设计与制作进入到既能满足无牙颌患者个体生理功能及美观需求，又能达到规范化 、标准化、自动化 、工业化的水平 ，从而大大提高其制作效率和质量 。
4 、进入血管机器人
进入血管机器人像潜水艇一样在血液的河流中自由自在地游动着。一旦遇到血管中淤积或飘浮的胆固醇、脂肪 ，它们就毫不留情地扑上去，迅速将其撕烂嚼碎 。同凶恶的病毒相遇时 ，它们也毫不畏惧 ，挺身而出 。
1988年5月27日，美国加利弗尼亚大学的两位华裔研制出了只有76微米（3‰英寸）的微马达。
1991年11月 ，日本电子公司的科研人员在当时最先进的“电子隧道扫描显微镜 ”下 ，用“超微针尖 ”，将硅原子排成金字塔形的“凹棱锥体”，它只有36个原子那样高 ，这是人类首次用手工排列原子 ，在世界原子物理界引起轰动 。
1996年7月，美国哈佛大学研制成功了直径只有7微米的涡轮机 。一张邮票上可以放置几千个这种涡轮机。只有在超高倍显微镜下才能看清楚它的外形和结构 。我国也已研制出了1毫米电机 。
5 、智能轮椅机器人
随着社会的发展和人类文明程度的提高 ，人们特别是残疾人愈来愈需要运用现代高新技术来改善他们的生活质量和生活自由度。因为各种交通事故 、天灾人祸和种种疾病 ，每年均有成千上万的人丧失一种或多种能力（如行走、动手能力等） 。因此，对用于帮助残障人行走的机器人轮椅的研究已逐渐成为热点 ，如西班牙、意大利等国 ，中国科学院自动化研究所也成功研制了一种具有视觉和口令导航功能并能与人进行语音交互的机器人轮椅 。
机器人轮椅主要有口令识别与语音合成 、机器人自定位 、动态随机避障、多传感器信息融合 、实时自适应导航控制等功能。
机器人轮椅关键技术是安全导航问题，采用的基本方法是靠超声波和红外测距 ，个别也采用了口令控制。超声波和红外导航的主要不足在于可控测范围有限 ，视觉导航可以克服这方面的不足 。在机器人轮椅中，轮椅的使用者应是整个系统的中心和积极的组成部分 。对使用者来说 ，机器人轮椅应具有与人交互的功能。这种交互功能可以很直观地通过人机语音对话来实现 。尽管个别现有的移动轮椅可用简单的口令来控制 ，但真正具有交互功能的移动机器人和轮椅尚不多见 。
6 、爬缆索机器人
爬缆索机器人是上海交通大学机器人研究所于1997年与上海黄浦江大桥工程建设处合作研制的。
该机器人系统由两部分组成，一部分是机器人本体，一部分是机器人小车 。机器人本体可以沿各种倾斜度的缆索爬升 ，在高空缆索上自动完成检查、打磨 、清洗 、去静电、底涂和面涂及一系列的维护工作 。机器人本体上装有CCD摄像机 ，可随时监视工作情况。另一部分地面小车，用于安装机器人本体并向机器人本体供应水 、涂料 ，同时监控机器人的高空工作情况 。
7 、户外清洗机器人
玻璃顶棚（约3000平米）清洗机器人是北京航空航天大学机器人研究所发挥其技术优势与铁道部北京铁路局科研所为北京西客站合作开发的 。
该机器人由机器人本体和地面支援机器人小车两大部分组成。机器人本体是沿着玻璃壁面爬行并完成擦洗动作的主体 ，重25公斤，它可以根据实际环境情况灵活自如地行走和擦洗 ，而且具有很高的可靠性 。地面支援小车属于配套设备 ，在机器人工作时，负责为机器人供电、供气 、供水及回收污水 ，它与机器人之间通过管路连接 。
目前我国从事大楼清洗机器人研究的还有哈尔滨工业大学和上海大学等 ，他们也都有了自己的产品。
大楼清洗机器人是以爬壁机器人为基础开发出来的，它只是爬壁机器人的用途之一。爬壁机器人有负压吸附和磁吸附两种吸附方式 ，大楼擦窗机器人采用的是负压吸附方式 。磁吸附爬壁机器人也已在我国问世 ，并已在大庆油田得到了应用 。
8 、消防机器人
面对无情的火灾，公安部上海消防研究所、上海交通大学、上海市消防局共同制定了研制消防机器人的计划。经过3年的研究，我国第一台消防机器人已经诞生 。消防机器人可以行走 、爬坡 、跨障、喷射灭火 ，可以进行火场侦察 。
不仅在我国 ，在世界上消防工作也是一个大难题，各国政府都千方百计地将火灾的损失降到最低点。
1984年11月 ，在日本东京的一个电缆隧道内发生了一起火灾 ，消防队员不得不在浓烟和高温的危险环境下在隧道内灭火 。这次火灾之后，东京消防部开始对能在恶劣条件下工作的消防机器人进行研究 ，目前已有五种用途的消防机器人投入使用 。
9 、遥控消防机器人
1986年第一次使用了这种机器人。当消防人员难于接近火灾现场灭火时 ，或有爆炸危险时，便可使用这种机器人 。这种机器人装有履带 ，最大行驶速度可达10公里/小时 ，每分钟能喷出5吨水或3吨泡沫 。
10 、喷射灭火机器人
这种机器人于1989年研制成功，属于遥控消防机器人的一种 ，用于在狭窄的通道和地下区域进行灭火。机器人高45厘米 ，宽74厘米，长120厘米 。它由喷气式发动机或普通发动机驱动行驶 。当机器人到达火灾现场时，为了扑灭火焰 ，喷嘴将水流转变成高压水雾喷向火焰。
11、消防侦察机器人
消防侦察机器人诞生于1991年 ，用于收集火灾现场周围的各种信息，并在有浓烟或有毒气体的情况下 ，支援消防人员。机器人有4条履带 ，一只操作臂和9种采集数据用的采集装置，包括摄像机 、热分布指示器和气体浓度测量仪 。
12 、攀登营救机器人
攀登营救机器人于1993年第一次使用 。当高层建筑物的上层突然发生火灾时 ，机器人能够攀登建筑物的外墙壁去调查火情 ，并进行营救和灭火工作。该机器人能沿着从建筑物顶部放下来的钢丝绳自己用绞车向上提升，然后它可以利用负压吸盘在建筑物上自由移动 。这种机器人可以爬70米高的建筑物 。
13、救护机器人
救护机器人于1994年第一次投入使用。这种机器人能够将受伤人员转移到安全地带 。机器人长4米 ，宽1.74米 ，高1.89米，重3860公斤 。它装有橡胶履带 ，最高速度为4公里/小时。它不仅有信息收集装置 ，如电视摄像机 、易燃气体检测仪 、超声波探测器等；还有2只机械手，最大抓力为90公斤 。机械手可将受伤人员举起送到救护平台上，在那里可以为他们提供新鲜空气 。
2000年11月 ，奥地利雪山缆车在隧道中发生火灾 ，死亡160余人。由于隧道中黑暗、阴冷 、浓烟密布，灭火和清理现场工作十分艰难 。这再次说明了特种消防设备的重要 。
二 、服务机器人市场分析
1、市场正处在爆发前夜
服务机器人市场规模快速增长。根据易观智库的预测 ，2015年中国服务机器人市场规模大约在82亿元左右 ，2016年将增长至140亿元左右，而2017年市场规模将突破200亿元。
服务机器人市场规模可超过工业机器人 。我们认为服务机器人市场将迎来长期的增长 ，未来市场规模可超过工业机器人 ，理由如下：
（1）物联网、大数据 、人机交互等技术的突破为服务机器人市场的爆发提供了条件 。
（2）80后和90后人群的消费观念转变，而且对家务劳动的时间投入不足 ，随着收入的逐年提高 ，年轻人对服务机器人的需求增大。
（3）人工智能技术的不断进步将增强服务机器人的交互能力，技术进步可能带来更多的更新换代需求 。
2 、四大行业趋势
趋势一：人工智能与服务机器人的联系日趋紧密
相对于工业机器人 ，服务机器人更加重视人机交互体验 ，用户和机器人之间的互动频繁，而且对机器人反馈速度的要求也较高，这对包括深度学习、自然语言处理 、视觉感知 、云计算等在内的人工智能技术的要求极高 。我们认为 ，从长期来看 ，人工智能是服务机器人的核心，服务机器人市场的边界要靠人工智能技术去打破。
趋势二：家庭服务等领域首先爆发
（1）在家庭服务方面 ，服务机器人不单可以提供诸如扫地等清洁服务 ，还可以作为智能家居的重要接口，通过数据分析后为用户推送服务 。
（2）在医疗应用方面 ，医疗机器人可以实现微创手术、康复治疗等作用 。
（3）此外 ，服务机器人还应用于教育 、物流 、金融等领域，比如小i机器人与交行合作推出的交行“小e ”就是一款可以接受银行业务办理的机器人。
相对来讲 ，家庭服务和医疗保健对服务机器人的智能化要求不高 ，目前的人工智能水平已经可以胜任这些工作，而教育、金融等领域的人机交互十分频繁且信息量大 。
趋势三：服务机器人有望成为重要的数据入口
目前来看 ，服务机器人的应用场景比较单一 ，仅在家庭清洁等领域实现了产业化应用，但是从长期来看，服务机器人有望替代手机成为下一代智能终端 ，其应用场景将会比手机更加多元化 。所以 ，从中短期来看，家庭服务机器人有可能成为智能家居的入口 ，而从长期来看 ，随着应用场景的多元化，服务机器人有望成为继手机之后的下一个重要的数据入口。
趋势四：长期来看 ，行业经验丰富且技术过硬的企业将脱颖而出
目前 ，已经有大量的企业涌入服务机器人行业 。总体来讲，当前服务机器人市场上比较出色的企业包括：
（1）互联网巨头 ，如谷歌 、微软 、IBM、百度等 ，这类企业拥有强大的技术背景，大多直接切入人工智能层面；
（2）专注于特定应用场景的企业 ，比如 ，包括美的 、海尔 、科沃斯等在内的企业相继布局家庭服务机器人领域，达芬奇等则专攻医疗机器人领域，而小i机器人则专注于虚拟客服助手领域 ，为B端客户提供客服技术和服务 。
1. 壁面爬行遥控检查机器人试验样机 ，863计划项目，国家科技进步三等奖
2. 磁吸附式爬壁机器人 ，863计划项目 ，黑龙江省科技进步一等奖
3. 交流数字伺服系统，航天工业总公司科技进步二等奖
4. 直接驱动电机及控制系统 ，863计划项目 ，航天工业总公司科技进步二等奖
5. Xu Dianguo, Jianjun Gu, Hankui Liu, Maozhong Gong，Unified Power Quality Conditioner (UPQC): Principle, Control and Application. IEEE PCC2002-Osaka April.2002.
6. Xu Dianguo, Zhang Weiqiang, Bao Zhiyun, Liu Gang, Novel control strategies for HPS lamps driven by electronic ballast, IEEE IAS2002, Pittsburgh, USA, Oct. 2002
7. Xu Dianguo, Zhang Weiqiang, Liu Hankui, Design and performance of digital ballast for HPS Lamps, IEEE APEC2003
8. Wang Hong, Xu Dianguo, A Compact State Observer Of PMSM Servo System, IEEE IECON2002, November 2002, Sevilla, Spain
9. 徐殿国 ，张东来 ，宋大雷，基于自适应小波包的钢丝绳局部损伤相平面定量检测方法研究 ，《仪器仪表学报》No.4,2001
10. Shi Jingzhuo, Xu Dianguo, Wang Zongpei, A Novel Hybrid Stepping Motor Fuzzy-Neural Position Servo System. IEEE IECON’01, Nov 29, 2001, Denver, Colorado, USA.
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