服務機器人的核心技術到底有哪些

服務機器人可視作是我們日常工作中的幫手。服務機器人可出現在我們身邊，如家中和花園（例如掃地機器人或割草機），也可出現在專業環境中，接管日常工作以提高效率。盡管終端產品易于使用，但此類設備的硬件是極為復雜的，進而實現流暢的用戶友好性操作。電機可用于移動設備，使其能夠準確地執行操作。諸如防撞或房間建模等高級功能則需要內置雷達及傳感器。機器人搭載的高級模型將利用學習算法實現智能路徑規劃。用戶可從這些功能中獲得諸多便利，如縮短任務完成時間。

比如上圖，這類機器人其實是服務機器人最基礎的雛形。他們均具備一定程度的自主能力，可在相應的環境內運動并執行預期任務，在家庭或者專業環境中提供高水平的幫助和簡便性。

那么，服務機器人主要能做什么？服務于什么樣的人群和場景呢？這里可以分為3大類：

1) 醫療用服務機器人（B端產品）：智能采血機器人，隔離病房巡診機器人，消殺機器人

2）商用服務機器人（B端產品）：送餐機器人，引導類機器人，服務機器人，安保巡邏機器人等

3）家用服務機器人（C端產品）：工具類機器人（如智能掃地機器人），教育型機器人等

其中，商用服務機器人近年來發展迅速，日漸成熟。不過，在服務過程中它還會遇到各種問題。比如，以配送服務機器人為例，它的作用主要就是進行快遞包裹配送的人工智能機器人。然而配送型服務機器人難點之一就是在需要進行上下樓的條件下，如何控制電梯，自動進入到電梯并到達相應的樓層。

機器人的基本架構通常包括中央處理器 (CPU)、電源/電池管理單元、電池充電器、無線通信 (COM) 模塊、人機界面 (HMI)、傳感器及驅動模塊（有刷和無刷電機）。那么，服務機器人的核心技術到底有哪些呢？一張服務機器人的功能模塊圖你就能立刻知曉：

在當前現有服務機器人功能中，人機交互，環境感知和運動控制是三大核心功能。環境感知猶如機器人的眼睛，為機器人的運動控制指路，可以到指定地點，完成指定服務。在服務過程中，人機交互是必不可少的功能。

對于服務機器人而言，交互系統包含了UI界面、面部識別、語音識別、支付系統等等。這是直接面向用戶的功能，是“服務”的最直接體現。環境感知和運動控制是分不開的，兩者相互配合才可以完成服務。為什么要這樣說呢？

機器人想要完成服務，達到指定的地點，就需要精確的運動控制。如何能做到精確，那就要依靠各類傳感器。

服務機器人的常規環境感知和控制系統框圖如下：

整個系統包含了：機械系統、驅動系統、控制系統、電源系統，以及依靠傳感器系統傳遞的環境參數。

傳感器作為機器人的眼睛，不同場景的可實現的功能大同小異，就是讓機器人可以“看見”。在整個機器人運動控制系統中，服務機器人的傳感器系統常用到下面這些：?

結合控制系統框圖，應用上層中的這些傳感器可以歸納為外部傳感器系統，主要完成兩個功能：

1）構建地圖：利用激光雷達或相機對三維環境構建二維柵格地圖或者三維高精度點云地圖等；

2）使用地圖：機器人在作業過程中實時計算傳感器采集數據，利用子圖匹配等算法在已知地圖中進行匹配得到定位和障礙物信息。

在環境感知中，主要面臨以下問題：

1、高動態環境導致建圖失敗或者定位失敗。機器人構建地圖的過程中是依賴環境不變假設，雖然可以通過一定的算法避免動態環境造成的影響，但是并不能完全保證機器人能夠正常工作。

2、地圖的長期生命周期問題，通常如果環境變化，需要機器人重新進行建圖作業，否則無法工作。

3、高精度的點云地圖依賴昂貴的激光雷達傳感器和復雜的算法以及大量的計算資源，高精度的點云地圖難以獲得。

而在硬件底層的傳感器系統中，也有各種問題。硬件底層的內部傳感器主要是負責驅動系統的信息收集，多以電機運動信息為主，包括電機轉速、電機轉角等。當前大部分無刷電機均自帶編碼器，由于無刷電機轉速快的特點，能達到每分鐘幾萬轉速，對編碼傳感器的精度和穩定性都有很高的要求，傳統的光柵編碼器已經越來越不能適應無刷電機高速的特點，光電編碼器逐漸由磁編碼器替代。

編輯：黃飛

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