孫少山

(湖北師范學院 機電與控制工程學院， 湖北 黃石 435002)

“機器人管家”主理下的智能家庭自動化初探

孫少山

(湖北師范學院 機電與控制工程學院， 湖北 黃石 435002)

在分析和把握現(xiàn)有自動控制科技成果的基礎(chǔ)上，對家庭自動化的發(fā)展趨勢進行了研究和科學預測。研究認為，家庭自動化將向著綜合自動化和智能自動化發(fā)展,“機器人管家”將成為智能家居中的核心部件和關(guān)鍵。智能家庭自動化將人類生活真正推向智能時代。

自動控制;家庭自動化;機器人管家;智能家居

0 前言

本文所要探究的是以“機器人管家”為核心的智能家庭自動化。智能家庭自動化，是當下最熱門的科技話題之一。所謂智能家庭自動化，就是智能化的家庭自動化，也有人叫智能家居,在國外常用Smart Home表示,系指以互聯(lián)網(wǎng)和家庭網(wǎng)絡(luò)為平臺，利用高智能電子技術(shù)來集成或控制家中的電子電器或能動地處理其他居家信息的系統(tǒng)。由于科學技術(shù)和社會條件所限，我們目前所謂的家庭自動化主要限于控制家中的電子電器產(chǎn)品或系統(tǒng)，遠沒有達到智能自動化的目標和效果。這只是家庭自動化的初級階段。在研究中，本文將透過現(xiàn)狀，將目光投向以“機器人管家”為核心的未來全智能家庭自動化系統(tǒng)的創(chuàng)建上，以將智能家居系統(tǒng)推向全新的網(wǎng)絡(luò)化和智能化層面。

1 發(fā)展趨勢分析

智能家庭自動化是基于目前家庭自動化的發(fā)展趨勢而預測的。目前家庭自動化發(fā)展呈現(xiàn)出兩個趨勢：一是綜合自動化。隨著科學技術(shù)的進步和社會的發(fā)展，自動化技術(shù)目前發(fā)展到了大系統(tǒng)時代，有學者將大系統(tǒng)時代理論稱為“第三代控制理論”。所謂大系統(tǒng)，就是在大范圍內(nèi)采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，從而進行管理和控制的系統(tǒng)。現(xiàn)代家庭，飲食、安全、醫(yī)療保健、學習、持家、信息溝通、出行等等就是一個大系統(tǒng)。而在目前，是單體自動化，或叫局部自動化，如洗衣機、空調(diào)器、冰箱等電器。隨著科技的發(fā)展和物聯(lián)時代的到來，人們將突破傳統(tǒng)局部思維，將現(xiàn)實生活的物件和環(huán)節(jié)與互聯(lián)網(wǎng)整合為統(tǒng)一的實虛網(wǎng)絡(luò)?；诰W(wǎng)絡(luò)這個平臺，將使家庭衣、食、住、行、學、醫(yī)等內(nèi)容構(gòu)成的生活大系統(tǒng)實現(xiàn)綜合自動化。第二個趨勢是向智能控制方向發(fā)展。智能控制是研究與模擬人類智能活動及其控制、信息傳遞過程的規(guī)律，研制具有某些人類智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)的一個新興科學。研究具有仿人智能的自動機器是人類的科學追求，家庭機器人是未來家庭的大管家。智能控制在信息論、控制論、計算機科學、仿生學等的基礎(chǔ)上，匯集有關(guān)方面的成果進行綜合研究，是自動化技術(shù)科學縱深發(fā)展的方向。

從這兩個趨勢來看，未來家庭自動化不只是控制幾臺家用電器或是對其進行簡單的管理，而是將家庭所有的衣食住行學等集成為一個大系統(tǒng)，這個家庭自動化的大系統(tǒng)的內(nèi)容我們可以分為以下幾個子系統(tǒng)：飲食、安全、醫(yī)療保健、持家、信息溝通、學習和出行等。

2 智能家庭自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容

智能家庭自動化系統(tǒng)的基本構(gòu)想是：互聯(lián)網(wǎng)是大平臺。在網(wǎng)絡(luò)平臺之下，是一個高智能的機器人，它是家庭信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)處理中心和家庭自動化的指揮中心，同時也是家庭自動化系統(tǒng)運行的執(zhí)行者和管理者。這個家庭機器人是一個可以聯(lián)通系統(tǒng)內(nèi)外和處理日常事務(wù)的大管家，我們稱之為“機器人管家”。機器人管家是智能家庭自動化系統(tǒng)的核心部件，在未來的家庭中，它是必需的重要成員。機器人管家、房屋與小車，將成為未來家庭的“三大件”。在“機器人管家”的管理下，是飲食、安全等七個子系統(tǒng)的自動化運行見圖1。

圖1 “機器人管家”管理下的智能家庭自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1) 飲食系統(tǒng)的自動化?；镜氖菑N房的電器化和自動化?，F(xiàn)在，廚房有電飯煲、電炒鍋、電烤箱、電磁爐、微波爐、烤面包機、洗碗機、果汁機、制冰機、絞肉機、排油煙機、豆?jié){機、消毒碗柜等等。這些電器的作用，將來可集成為一臺機器或一個智能系統(tǒng)來完成；而更進一步的是，實現(xiàn)智能家居，家庭成員可根據(jù)自己的飲食偏好，輸入需求信息，機器人管家可以從網(wǎng)上采購并進行食物搭配，做出可口的飲食品。

2) 安全系統(tǒng)的自動化。家庭安全系統(tǒng)有防火、防氣、防盜的設(shè)施。它由傳感器、機器人管家和相應的控制系統(tǒng)組成。傳感器對房屋內(nèi)外的光線、氣味和溫度等參量進行檢測，發(fā)現(xiàn)漏氣、漏水、火情和偷盜等問題，立即將有關(guān)信息輸送給機器人管家，機器人管家根據(jù)信息進行判斷，并采取相應的措施。如發(fā)生漏氣時，機器人管家可及時控制關(guān)閉閘門，并通過網(wǎng)絡(luò)向主人或有關(guān)部門告知。

3) 醫(yī)療保健系統(tǒng)的自動化。家庭醫(yī)療保健系統(tǒng)的自動化的主要內(nèi)容有，家庭人員的身體健康情況信息儲存在電腦里，隨時備用；機器人管家通過先進的檢測儀器，能定期地對家庭成員進行體檢，如檢測血糖、血壓、心律、體溫等，并通過網(wǎng)絡(luò)保持與家庭醫(yī)生聯(lián)系，進行相關(guān)咨詢，提請家庭成員注意飲食和運動。機器人管家將按不同情況給每位家庭成員配置日常飲食參數(shù)和鍛煉參數(shù)。

4) 持家系統(tǒng)的自動化。這一自動化系統(tǒng)，管理著家庭收入和支出的情況。它會建議你按自己的經(jīng)濟實力和特長，進行哪些力所能及的家庭投資，幫助你規(guī)避風險；它會要求你按預算計劃進行日常生活的開支；當然，它還會幫你處理一些家庭事務(wù)，如接收信件、包裹等。

5) 信息溝通系統(tǒng)的自動化。這一系統(tǒng)主要是信息接收與處理，包括新聞、廣告、交友、檢索情報資料等。這個系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)與社會信息中心相連，使家庭信息系統(tǒng)成為社會信息大系統(tǒng)中的小系統(tǒng)。與目前電視、網(wǎng)絡(luò)、廣播信息傳播大眾化不同，智能家庭自動化信息傳播將小眾化，機器人將信息分類處理提供給家庭成員。同時，那時將真正實現(xiàn)信息的及時相互溝通。

6)學習系統(tǒng)的自動化。未來家庭，學習成為重要的任務(wù)。學習系統(tǒng)的自動化可以幫助家庭成員進行各種各樣的學習。如按你的學習目標幫助你制訂學習計劃，按你的學習計劃從網(wǎng)絡(luò)上為你收集學習資料和進行文獻檢索。如果你要做些科學研究，它將為你從網(wǎng)絡(luò)上做些相關(guān)調(diào)查統(tǒng)計，獲取相關(guān)的第一手數(shù)據(jù)。它還為你的學習和研究成果作番評估和鑒定。

7)出行系統(tǒng)的自動化。出行系統(tǒng)自動化可以完成家庭成員出行旅游的一些準備工作，如家庭成員想出差到某國或某地，機器人管家可以在先幫助你了解當?shù)氐那闆r，與你要接觸的對象溝通，并幫助你預訂機票、旅館房間等。

以上內(nèi)容和功能的描述，只是為智能家庭自動化的創(chuàng)建提供一個硬件平臺，而要真正完成這些內(nèi)容和功能，還需要有強大的系統(tǒng)管理運行軟件支撐。

3 小結(jié)和展望

智能家庭自動化正在快速發(fā)展，但目前制約智能家庭自動化的問題不少，主要有：行業(yè)標準很難融合，如家用電器接口有待于進一步的配套和統(tǒng)一標準，住宅電氣設(shè)計標準與住宅智能化系統(tǒng)配合； 目前的家庭智能自動化沒有上升到綜合性平臺,只是單體電器的自動化，在智能性上有差距，還沒有上升到仿生學層面等。[1]對這些問題解決的途徑，將有賴于實行標準與非標準并舉，實行模擬家電與數(shù)字家電并舉，并不斷完善社會合作體系，堅持向綜合化、數(shù)字化的方向發(fā)展。[2]

智能家庭自動化是本世紀人類的夢想，隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，這個夢想正在逐步實現(xiàn)。二十世紀八十年代以來，有些國家已經(jīng)研制出了家用機器人。這些家用機器人可以獨立完成端茶、洗碗、掃除、做飯以及與人下棋等工作。這些家用機器人是智能機器人，比產(chǎn)業(yè)機器人更高級，它們靠各種傳感器感覺，能聽懂人的命令，能識別三維物體，甚至還具有人類粗淺的情感。初步的智能家庭自動化在美國、德國、新加坡、日本等國都有應用。前幾年在新加坡舉辦的“家庭電器與電子消費品國際展覽會”上，在場模擬“未來之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)。這個系統(tǒng)功能包括三表抄送功能、安防報警功能、可視對講功能、監(jiān)控中心功能、家電控制功能、有線電視接入、電話接入、住戶信息留言功能等。這已經(jīng)勾勒出了未來智能家庭自動化的雛形。微軟公司總裁比爾.蓋茲早有預言：“未來的建筑將會由鋼筋、水泥、以及高科技晶片與軟件共同組成。”[3]

自動化技術(shù)正在改變?nèi)祟惖纳姝h(huán)境。原始人類的生活模式是：人——自然界。自動化技術(shù)的應用，這個模式改變了，成為：人——機器——自然界。人將自己制造的機器把自己從“出力的機器”的地位中解放出來，“使工具的效率從人類勞動的人身限制下解放出來?！盵4]

[1] 智能家居漸行漸近 家庭自動化發(fā)展遇瓶頸[EB/OL]. http://home.focus.cn/news/2011-07-13/221887.html. 2011/07/13.

[2]智能家居發(fā)展中存在的十大問題、十大對策[EB/OL]. http://www.doc88.com/p-847684484951.html.

[3]徐建明.家庭自動化新趨勢[J].國內(nèi)外機電一體化技術(shù), 1999,(04):23～28.

[4] 馬克思，恩格斯.馬克思恩格斯全集[M]. 北京：人民出版社,1972.

Explorationbasedonrobothousekeeperofsmarthomeautomation

SUN Shao-shan

(College of Mechatronics Control Engineering, Hubei Normal University, Huangshi 435002, China)

Based on the analysis and understanding of existing scientific and technological achievements of the automatic control, this article does the research and scientific predictions of the tendency of home automation development. Studies suggest that home automation will make progress toward integrated automation and intelligent control automation; robot housekeeper will become an important member of smart home. Smart home automation will really push human life to be a smart era.

automatic control;home automation; robot housekeeper; smart home

2013—12—23

孫少山(1982— ),湖北黃石人，博士生.

TP212

A

1009-2714(2014)03- 0020- 04

10.3969/j.issn.1009-2714.2014.03.005