服務(wù)機(jī)器人可視作是我們?nèi)粘９ぷ髦械膸褪?。服?wù)機(jī)器人可出現(xiàn)在我們身邊，如家中和花園（例如掃地機(jī)器人或割草機(jī)），也可出現(xiàn)在專業(yè)環(huán)境中，接管日常工作以提高效率。盡管終端產(chǎn)品易于使用，但此類設(shè)備的硬件是極為復(fù)雜的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流暢的用戶友好性操作。電機(jī)可用于移動(dòng)設(shè)備，使其能夠準(zhǔn)確地執(zhí)行操作。諸如防撞或房間建模等高級(jí)功能則需要內(nèi)置雷達(dá)及傳感器。機(jī)器人搭載的高級(jí)模型將利用學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)智能路徑規(guī)劃。用戶可從這些功能中獲得諸多便利，如縮短任務(wù)完成時(shí)間。

比如上圖，這類機(jī)器人其實(shí)是服務(wù)機(jī)器人最基礎(chǔ)的雛形。他們均具備一定程度的自主能力，可在相應(yīng)的環(huán)境內(nèi)運(yùn)動(dòng)并執(zhí)行預(yù)期任務(wù)，在家庭或者專業(yè)環(huán)境中提供高水平的幫助和簡(jiǎn)便性。

那么，服務(wù)機(jī)器人主要能做什么？服務(wù)于什么樣的人群和場(chǎng)景呢？這里可以分為3大類：

1) 醫(yī)療用服務(wù)機(jī)器人（B端產(chǎn)品）：智能采血機(jī)器人，隔離病房巡診機(jī)器人，消殺機(jī)器人

2）商用服務(wù)機(jī)器人（B端產(chǎn)品）：送餐機(jī)器人，引導(dǎo)類機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人，安保巡邏機(jī)器人等

3）家用服務(wù)機(jī)器人（C端產(chǎn)品）：工具類機(jī)器人（如智能掃地機(jī)器人），教育型機(jī)器人等

其中，商用服務(wù)機(jī)器人近年來(lái)發(fā)展迅速，日漸成熟。不過(guò)，在服務(wù)過(guò)程中它還會(huì)遇到各種問(wèn)題。比如，以配送服務(wù)機(jī)器人為例，它的作用主要就是進(jìn)行快遞包裹配送的人工智能機(jī)器人。然而配送型服務(wù)機(jī)器人難點(diǎn)之一就是在需要進(jìn)行上下樓的條件下，如何控制電梯，自動(dòng)進(jìn)入到電梯并到達(dá)相應(yīng)的樓層。

機(jī)器人的基本架構(gòu)通常包括中央處理器 (CPU)、電源/電池管理單元、電池充電器、無(wú)線通信 (COM) 模塊、人機(jī)界面 (HMI)、傳感器及驅(qū)動(dòng)模塊（有刷和無(wú)刷電機(jī)）。那么，服務(wù)機(jī)器人的核心技術(shù)到底有哪些呢？一張服務(wù)機(jī)器人的功能模塊圖你就能立刻知曉：

在當(dāng)前現(xiàn)有服務(wù)機(jī)器人功能中，人機(jī)交互，環(huán)境感知和運(yùn)動(dòng)控制是三大核心功能。環(huán)境感知猶如機(jī)器人的眼睛，為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制指路，可以到指定地點(diǎn)，完成指定服務(wù)。在服務(wù)過(guò)程中，人機(jī)交互是必不可少的功能。

對(duì)于服務(wù)機(jī)器人而言，交互系統(tǒng)包含了UI界面、面部識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、支付系統(tǒng)等等。這是直接面向用戶的功能，是“服務(wù)”的最直接體現(xiàn)。環(huán)境感知和運(yùn)動(dòng)控制是分不開的，兩者相互配合才可以完成服務(wù)。為什么要這樣說(shuō)呢？

機(jī)器人想要完成服務(wù)，達(dá)到指定的地點(diǎn)，就需要精確的運(yùn)動(dòng)控制。如何能做到精確，那就要依靠各類傳感器。

服務(wù)機(jī)器人的常規(guī)環(huán)境感知和控制系統(tǒng)框圖如下：

整個(gè)系統(tǒng)包含了：機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)，以及依靠傳感器系統(tǒng)傳遞的環(huán)境參數(shù)。

傳感器作為機(jī)器人的眼睛，不同場(chǎng)景的可實(shí)現(xiàn)的功能大同小異，就是讓機(jī)器人可以“看見”。在整個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，服務(wù)機(jī)器人的傳感器系統(tǒng)常用到下面這些：?

結(jié)合控制系統(tǒng)框圖，應(yīng)用上層中的這些傳感器可以歸納為外部傳感器系統(tǒng)，主要完成兩個(gè)功能：

1）構(gòu)建地圖：利用激光雷達(dá)或相機(jī)對(duì)三維環(huán)境構(gòu)建二維柵格地圖或者三維高精度點(diǎn)云地圖等；

2）使用地圖：機(jī)器人在作業(yè)過(guò)程中實(shí)時(shí)計(jì)算傳感器采集數(shù)據(jù)，利用子圖匹配等算法在已知地圖中進(jìn)行匹配得到定位和障礙物信息。

在環(huán)境感知中，主要面臨以下問(wèn)題：

1、高動(dòng)態(tài)環(huán)境導(dǎo)致建圖失敗或者定位失敗。機(jī)器人構(gòu)建地圖的過(guò)程中是依賴環(huán)境不變假設(shè)，雖然可以通過(guò)一定的算法避免動(dòng)態(tài)環(huán)境造成的影響，但是并不能完全保證機(jī)器人能夠正常工作。

2、地圖的長(zhǎng)期生命周期問(wèn)題，通常如果環(huán)境變化，需要機(jī)器人重新進(jìn)行建圖作業(yè)，否則無(wú)法工作。

3、高精度的點(diǎn)云地圖依賴昂貴的激光雷達(dá)傳感器和復(fù)雜的算法以及大量的計(jì)算資源，高精度的點(diǎn)云地圖難以獲得。

而在硬件底層的傳感器系統(tǒng)中，也有各種問(wèn)題。硬件底層的內(nèi)部傳感器主要是負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的信息收集，多以電機(jī)運(yùn)動(dòng)信息為主，包括電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)轉(zhuǎn)角等。當(dāng)前大部分無(wú)刷電機(jī)均自帶編碼器，由于無(wú)刷電機(jī)轉(zhuǎn)速快的特點(diǎn)，能達(dá)到每分鐘幾萬(wàn)轉(zhuǎn)速，對(duì)編碼傳感器的精度和穩(wěn)定性都有很高的要求，傳統(tǒng)的光柵編碼器已經(jīng)越來(lái)越不能適應(yīng)無(wú)刷電機(jī)高速的特點(diǎn)，光電編碼器逐漸由磁編碼器替代。

編輯：黃飛

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