服务机器人ppt课件.ppt

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1、2022/12/16,1,服务机器人研究现状及发展趋势,部 门:机器人研究室报告人：乐 珺,2022/12/16,2,服务机器人研究现状及发展趋势,服务机器人发展趋势,4,2022/12/16,3,一.服务机器人的定义,国际机器人联合会给服务机器人做出的初步定义是：服务机器人是一种半自主或全自主的机器人，它能完成有益于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。,定义,服务机器人就是能够为改善人类生活提供服务的智能机器人的一种，服务机器人主要从事监护、救援、维护保养、修理、运输、清洗、保安等工作。其定位就是为人类的生活服务。,简介,2022/12/16,4,二.服务机器人的关键技术,多传感器融

2、合技术类似人脑综合处理信息的过程，充分利用多个传感资源，通过对各种传感器机器观测信息的合理支配与使用，将各传感器在空间和时间上的互补与冗余信息依据魔种优化规则组合起来，产生对观测环境的一致性描述，多传感器信息融合技术按数据的抽象层次分类可分为：数据层融合、特征层融合和决策层融合。,环境感知传感器和信号处理方法,主要包括模糊控制、神经网络、进化计算等。,智能控制,导航与定位,服务机器人系统中，自主导航是一项核心技术，把人工神经网络控制和多传感器融合技术相结合用于服务机器人的导航定位系统十分关键。,路径规划,是指在服务机器人工作空间中找到一条从起始状态到目标状态，可以避开障碍物的路径。 智能路径规

3、划是将遗传算法、模糊逻辑以及神经网络等人工智能方法应用到路径规划中；来提高机器人路径规划的避障精度，加快规划速度。,2022/12/16,5,三.服务机器人的分类及研究现状,按服务对象和应用目的的不同，服务机器人可以分为以下6类：,根据使用情况的不同，目前已经应用到不同领域的服务机器人有：清洁机器人，医用服务机器人，护理和康复机器人，家用机器人，高楼层面壁清洁机器人，消防机器人，监测和勘探机器人等。,医疗服务机器人,公共服务机器人,家庭服务机器人,娱乐机器人,服务机器人,健康福利服务机器人,教育服务机器人,2022/12/16,6,医疗服务机器人：主要是指能够直接给医生提供服务，帮助医生对病人

4、进行手术治疗的服务机器人，目前医疗机器人的研制主要集中在：外科手术、康复和医院服务机器人等方面。,应用现状：医疗机器人的实际应用主要集中在外科手术领域，机器人做手术十分精确，一个神经外科大夫的误差精度能达到2毫米，而机器人的精度可以很容易的达到微米级，得到了广泛的研究和应用。目前已经商品化的产品包括前面提到的TOBODOC、AESOP、ZEUS和 Da vinci 等系统，在各种外科手术中得到了广泛的应用。如TOBODOC辅助外科手术系统在德国、澳大利亚、西班牙、法国、英国、瑞士、中东、日本、韩国、印度等多个国家和地区都有应用，在日本大学和医院里就有7台，而在世界范围内有近500台AESOP机

5、器人在MIS中得到应用，ZEUS系统在没股票和欧洲的应用也十分广泛。,1 医疗服务机器人,2022/12/16,7,1 医疗服务机器人,国内外研究现状： 近年来，西方许多先进国家都进行专门立项投资。积极开展医用机器人方面的研究， 如：美国国防部开展了临场感手术技术研究，用于战场模拟手术培训和解剖教学，NASA已经在美国加州与意大利米兰之间进行了这方面的试验，欧共体技术专家Maurice在 IEEE SPECTRUM期刊中表示，欧共体正在制定一项新的计划，其中将机器人辅助外科手术及虚拟医疗技术仿真作为重点研究发展计划之一。日本也制定国家计划开展高技术医疗器械研究发展。许多著名的国际会议，像IEE

6、E Robotics and Automation，IEEE Eng，In Medicine and biology Society,IEEE System, Man and Cybernetics等都将医用机器人与计算机辅助外科单独列为一个专题，在欧洲、 美国、日本等国多次召开国际会议。 由北京航空航天大学机器人研究所、清华大学计算机图形图像中心和海军总医院共同开发的遥操作远程医用机器人系统，该系统主要由影像获取传输、 虚拟手术规划、智能机械臂，病人头部（ 病灶） 固定装置等部分组成， 可以完成确定手术靶点，重建三维病灶轮廓、引导定位器械、定向手术系统等多个复杂步骤，治疗脑部纵深病变无需开颅

7、，这一手术突破了传统脑外科手术的定式，病人头上不必再戴厚重的金属框架以辅助定位，病人造成的创伤面比传统手术小得多，定位也较传统手术精确。,国外,国内,2022/12/16,8,1 医疗服务机器人,几种医疗服务机器人：,爬行摄像胶囊： 这个机器人可携带摄像机，通过有弹性的“腿”爬进患者的消化道，替代传统内窥镜进行检查。它可用来检查食管、胃和十二指肠内部的损伤或溃疡情况，由意大利圣安娜高等学校的CRIM实验室开发。,游动摄像胶囊： 这款摄像胶囊由微型螺旋桨驱动，也设计用于检查人体消化系统。在被患者从嘴里吞服下以后，它会“游动”检查医生所怀疑的区域。,远程诊断机器人：这款机器人与听诊器、耳镜和超声扫

8、描仪相连接，还有一个相机和一个屏幕，使患者和远方的医生都能看到对方，从而使医生可以最大限度地像亲临现场一样进行诊疗。,2022/12/16,9,1 医疗服务机器人,几种医疗服务机器人：,肌肉机器人： RI-MAN机器人是由日本名古屋理研生物模拟控制研究中心开发的医用搬运工模型。它不仅有柔软、安全的外型，手臂和躯体上还有触觉感受器，使它能小心翼翼地抱起或搬动患者。从长远来看，RI-MAN机器人能取代护工去照顾老人或体弱多病者。,摄影机器人：在微创手术 (即“锁孔手术”)中，摄影机器人FreeHand可以让外科医生运用头和脚来控制腹腔镜相机。这意味着他们可以腾出手来做手术。,前列腺诊疗机器人：根据

9、设计，Probot机器人可以让外科医生准确地切除肥大的前列腺，将对患者造成的伤痛降至最小程度。外科医生只需指定要切除的前列腺部分，无需进一步干预，机器人即可自动将其切除。,2022/12/16,10,1 医疗服务机器人,几种医疗服务机器人：,吞服式机器人：患者可将一块块的ARES机器人(即“可重构装配腔内手术系统”)吞入腹中，或由医生通过自然开口将其一块块插入人体，它们会在体内自行组装。这样外科医生在少切口甚至不用切口的情况下也能对患者进行手术。患者要吞服15块不同的机器人组件，后者进入体内受损部位。一旦到达指定位置，各组件就会组装成一个能够实施手术的较大工具。,结肠诊疗机器：Endotics

10、结肠诊疗机器人利用钳子和扩充器自行拉动在肠道内移动，而不需要像常规结肠镜那样由医生将其推入患者体内。Endotics机器人对肠壁施加的压力更小，从而减轻了患者的不适感。机器人的移动方式是受尺蠖毛虫的启发。,采血机器人：用于采集血样，由英国伦敦大学帝国学院的研究人员亚历克斯奇瓦诺维奇(Alex Zivanovic)和布赖恩戴维斯(Brian Davies)开发。2009年12月23日，伦敦亨特里恩博物馆(Hunterian Museum)将公开展出Bloodbot及其它机器人。,2022/12/16,11,1 医疗服务机器人,达芬奇机器人手术系统：以麻省理工学院研发的机器人外科手术技术为基础。简

11、单地说达芬奇机器人就是高级的腹腔镜系统。FDA已经批准将达芬奇机器人手术系统用于成人和儿童的普通外科、胸外科、泌尿外科、妇产科、头颈外科以及心脏手术。达芬奇外科手术系统是一种高级机器人平台，其设计的理念是通过使用微创的方法，实施复杂的外科手术。,几种医疗服务机器人：,2022/12/16,12,1 医疗服务机器人,(1) 机器人机构研究: 研究新的机器人本体，以拓宽机器人辅助外科的应用范围。(2) 机器人运动控制和路径规划研究: 使机器人的运动精度更高，当运动路径的选取更加科学时，系统整体的安全性就更好。(3) 虚拟现实技术和通讯技术在医疗外科机器人系统中的应用研究: 使虚拟临场手术系统更加实

12、用化。(4) 临床应用研究: 任一医疗外科机器人系统，在完成系统设计和实验室试验后均需要进行临床应用研究，以确定系统对临床应用环境的适应性。(5) 系统集成研究: 在完成系统各组成部分的研制后， 通过系统集成研究将各部分有机组织起来， 使最终系统的性能获得最佳。(6) 操作界面研究: 以进一步提高医疗外科机器人系统对非工程技术的可操作性。 (7) 仿射变换研究：建立病人的某种图像信息和人体标准图谱的关系，以较低的成本和较高的速度获得用于规划、导航和仿真系统的病人三维立体模型。,研究热点,目前医疗服务机器人系统的研究主要集中在几个方面:,2022/12/16,13,2 健康福利服务机器人,健康福

13、利服务机器人：服务对象主要是老龄化群体和残疾人，在医疗护理方面有广泛的应用，包括机器人轮椅、健康保姆、导航机器人、语言助手等几类。,健康保姆：是可以协助老龄人口，残疾人以及重症病患完成日常生活中的各个事项，比如：取物、进食、阅读等之一类机器人的总称。,导航机器人：主要为眼疾人员服务，可通过预先设置的地形信息和路况资料，为盲人提供真确安全的路径选择和行动指导，通过智能控制系统的信息处理和严密控制也可以为盲人提前预警危险。在路况选择和人机交互方面，导航机器人主要采用声控方式，通过语音的提示和预警，为眼疾人群提供可靠的服务。,语言助手：是专门为听力语言残疾人群服务的服务机器人类型，可以提供正确的语音

14、服务和精准可靠的交流界面，借助他们，听力障碍，语言障碍的人群可以顺利进行交流。,2022/12/16,14,3 公共服务机器人,爬缆索机器人：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。机器人本体上装有CCD摄像机，可随时监视工作情况，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。另一部分是地面小车，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。,公共服务机器人：为公众提供服务的智能公用设备。包括：爬缆索机器人、户外清洗机器人、消防机器人等种类。,太阳能清洁机器人：太阳能自助充电，无须担心耗能

15、问题，可清理户外游泳池的树叶、花粉、灰尘甚至漂在表面的防晒油，提高游泳池的水质。,消防机器人：消防人员难于接近火灾现场灭火或有爆炸危险时可使用。喷射灭火机器人：属于遥控消防机器人的一种，用在狭窄的通道和地下区域进行灭火；消防侦察机器人攀登营救机器人救护机器人,2022/12/16,15,4 家庭服务机器人,家庭服务机器人：主要的应用目的是协助或自主完成各种家务劳动，照顾和看护老弱年幼的家庭成员，目前已实现的主要应用有：全自动地面清洁器，智能家庭管家，智能家庭保姆等。,日本NEC公司开发了个人伙伴机器人PaPeRo，它可以通过遥控信号发送器对家里的电视机进行遥控，被抚摸头部时会开心，CCD摄像头

16、能够进行图像识别和测距。通过无线调制解调器终端盒与电话线相连接，机器人就能够上因特网浏览。,日本ZMP公司设计生产的Nuvo机器人身高15英寸，体重5.5磅。Nuvo可以行走，起坐，并可以对语音命令如“向右转”做出反应。它与手机有连接，人们可以通过安装在机器人头部的数码摄像机拍摄的照片，查看家中的情况，还可以通过遥控器对其进行控制。,日本Tmsuk机器人公司与Alacom安保公司合作开发的T34机器人配有4个轮子，最高移动速度为每小时10公里。配备探测装置，可根据人体温度和声音侦察周围情况，并将相应图像实时地显示于手机屏幕。发现可疑人员后，它可在主人的遥控指挥下，朝可疑人员喷撒一张蜘蛛网式的大

17、网。,2022/12/16,16,4 家庭服务机器人,韩国最大的移动运营商SK电信推出的保安机器人Mostitech机器人：高50厘米，重12公斤。如果遇到失火或者致命的煤气泄露等紧急情况，机器人的传感器可以探测出潜在的危险。当不速之客进入家中的时候，机器人能够把这些人的照片和报警信息发送出去。,ROVIO是由美国著名机器人公司WOWWEE开发的。机器人ROVIO是一个具有Wifi控制功能的移动巡航摄像机器人。最基本的两项功能是：内置摄像机，可以通过实时视频流及音频流观看其所在环境及进行互动；Wifi控制，消费者可从世界任何角落通过网络利用个人电脑和智能手机等设备对其进行远程遥控。,保安机器人

18、：,家用巡航摄像机器人：,2022/12/16,17,5 娱乐机器人,由国际人工智能协会组织的机器人世界杯RoboCup,索尼推出的仿人形娱乐机器人QRIO，它不仅会奔跑，而且还可以跳跃。静止、步行、奔跑、跳跃这一系列动作它能做得非常流畅。它有很强的平衡能力，只要你从前面推它，它就会边后退边寻找平衡点，同时将外力化解掉。QRIO还会抓球、传球和投球。,娱乐机器人：以供人观赏、娱乐为目的，其具有机器人的外部特征，又具有机器人的功能，可以行走，动作并具有一定的感知能力，娱乐机器人是商业服务机器人的重要组成部分。,塔米118型机器人小管家：能跟小孩子一起玩，唱歌、跳舞、背唐诗、说英语寓教于乐。还可以

19、语音播报天气预报和新闻头条。当检测到电量不足的时候，他还会自动去充电您可以随时随地通过手机或电脑远程控制他在屋里行走，看看孩子的安全，跟家中的老人视频聊聊天。如果发现陌生人，塔米还会把陌生人照下来，发到您的邮箱并大声报警。,2022/12/16,18,6 教育机器人,教育机器人：由生产商专门开发的，以激发学生学习兴趣，培养学生综合能力为目标的机器人。他除机器人本身本体之外，还有相应的控制软件和教学课本，学员可通过操作简便和人性化的人机界面更有效的完成学习活动。,紫光股份旗下北京紫光优蓝机器人公司的家庭亲子机器人爱乐优（昵称小优）也是一款比较成熟的服务机器人产品。它以“Android”为智能平台

20、，融合中国科学院声控技术，是一款主要针对中国家庭对婴幼童进行早教启蒙的心智发育伙伴型家庭亲子机器人。,乐高NXT娱乐型教育机器人：控制中心能接受人类的工作指令、存储程序、指挥机器人的动作；各种各样的传感器能够感知周围环境的变化，有运动部件（马达）能够带动机械结构做出各种动作，也有其他的输出设备，如屏幕、喇叭和LED等，可以用来表达机器人的情感，还有组成机械结构的各种零件。,2022/12/16,19,发展趋势：自主性、智能通信、适应性,人与机器人的融合,思维力控制假手臂,意念控制机器人,美国科学家正在研制的思维力控制假手臂，患者想做什么，大脑发出的信号会刺激肌肉，相应的电脉冲会被电极记录，随后

21、信号会转变成控制机械手臂的指令，完成各种复杂动作。,日本正在研制的意念控制机器人，由头盔状的传感器及测量记录器构成，若人想用左手做动作，脑波及脑血流的变化便会参照事先存储的数据，使机器人举起右手，该技术可帮助残疾人和瘫痪人士具备基本的劳动能力。,四.服务机器人发展趋势,2022/12/16,20,四.服务机器人发展趋势,发展趋势：自主性、智能通信、适应性,人工智能技术的全面应用,机器人icub,机器人科学家,意大利科学家制作的人形机器人，它能够自主学习如何使用弓箭设计目标。它可以在不断尝试中汲取经验并最终学会履行复杂任务。,英国科学家研发出的首名“机器人科学家”，能独立推理，将理论公式化，甚至

22、探索科学知识，可应用于解开生物学谜题，研发新药，了解宇宙等研究领域。,2022/12/16,21,发展趋势：自主性、智能通信、适应性,传感器技术的发展,未来机器人传感器技术的研究除不断改善传感器的精度和可靠性外，对传感器信息的高速处理，自适应多传感器融合和完善的静、动态标定技术的测试技术也将成为机器人传感器研究和发展的关键技术。这其中包括：多智能传感器技术、网络传感器技术、虚拟传感器技术和临场感技术。,服务机器人的人性化,未来几年技术的进步，将克服当前一些技术（开放空间的导航、学习能力和智力行为、多传感器融合、允许对所有不同类型的任务进行高效处理的处理器）的限制，设计和使用功能日益强大的机器人，集成技术将允许超越由于材料、技术等形成的目前限制边缘，日本专家预测在2013到2027年之间，智能服务机器人系统的发展将允许机器人会保留和重复使用以前已获得的技能和技术，人和机器人的交流更加简单化了。,四.服务机器人发展趋势,2022/12/16,22,发展趋势：自主性、智能通信、适应性,四.服务机器人发展趋势,