毛志賢 朱曉龍 韋建軍 王春寶 劉銓權(quán) 段麗紅 王同 羅承開 張廣帥 王玉龍 龍建軍 林焯華

關(guān)鍵詞：家庭服務(wù)機(jī)器人;信息感知;路徑規(guī)劃;人機(jī)交互;仿人

0引言

人工智能作為新一輪引領(lǐng)技術(shù)革命的前沿技術(shù)，正在顛覆行業(yè)、產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)方式，也正在改變?nèi)祟惖纳罘绞?，如圖1所示。服務(wù)機(jī)器人作為人工智能技術(shù)的最佳載體之一，正在向家居、餐飲、客服、物流、醫(yī)療、教育等多個(gè)行業(yè)滲透，2016年全球家庭服務(wù)機(jī)器人銷售額為25.8億美元，銷量為670萬臺(tái)，占服務(wù)機(jī)器人銷售額比重由15.4%提升到35.4%。幾年前，家庭消費(fèi)者感受不到家庭服務(wù)機(jī)器人給日常生活帶來的便利，而如今廣大消費(fèi)者接受了家庭服務(wù)機(jī)器人這個(gè)概念詞，快速使用家庭服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品。地面清潔機(jī)器人地寶、自動(dòng)擦窗機(jī)器人窗寶、空氣凈化機(jī)器人等已經(jīng)進(jìn)入家庭，輔助人類完成清潔衛(wèi)生、物品搬運(yùn)、家電控制、家庭娛樂、病況監(jiān)視、兒童教育、報(bào)時(shí)催醒、電話接聽等任務(wù)。NA0機(jī)器人仿人的外形，可實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，具有治愈抑郁癥兒童的功能，但是功能較單一。某公司的Roomba清潔機(jī)器人可對(duì)家庭中的各個(gè)區(qū)域地面進(jìn)行清潔，緩解了人類做家務(wù)的勞累，但清潔機(jī)器人只是實(shí)現(xiàn)了清潔的單一功能，沒有實(shí)現(xiàn)多功能的集成和人機(jī)交互。掃地機(jī)器人承擔(dān)了簡(jiǎn)單的家庭勞動(dòng)工作，但缺少了情感交互。而Robv-Mini機(jī)器人集成了人工交互技術(shù)，提高了機(jī)器人的趣味性，滿足人類更多的需求。工業(yè)機(jī)器人之父約瑟夫·恩格爾伯格認(rèn)為家庭服務(wù)機(jī)器人進(jìn)入家庭是一種必然的趨勢(shì)。

2020年2月4日，工信部發(fā)布了《充分發(fā)揮人工智能賦能效用協(xié)力抗擊新型冠狀病毒感染的肺炎疫情倡議書》，中國(guó)掀起了大規(guī)模的AI抗疫熱潮。危機(jī)中蘊(yùn)藏著機(jī)遇，疫情期間，因?yàn)椴《镜膬疵?，更多的?chǎng)景需要無人化，自動(dòng)設(shè)備和機(jī)器人可以替代人上“戰(zhàn)場(chǎng)”。今年春節(jié)期間爆發(fā)的疫情，因?yàn)椴《緜魅拘詮?qiáng)，一線工作人員十分危險(xiǎn)，這是一個(gè)非常適合AI機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景。而家庭服務(wù)機(jī)器人的端茶送水、監(jiān)控、人機(jī)交互等基本功能則可以代替一線工作人員給感染住院患者做引導(dǎo)與基本護(hù)理，共同加入這次疫情戰(zhàn)役，在提高效率的同時(shí)，還可以降低一線工作人員感染新型冠狀病毒的風(fēng)險(xiǎn)。

1研究現(xiàn)狀

家庭服務(wù)機(jī)器人根據(jù)智能化程度和用途分為初級(jí)小家電類機(jī)器人、幼兒教育娛樂類機(jī)器人和人機(jī)互動(dòng)式家庭服務(wù)機(jī)器人。家電清潔安防類機(jī)器人可實(shí)現(xiàn)智能除塵功能，新松保安機(jī)器人、iRobi等安防類機(jī)器人可以檢測(cè)家中煤氣、水龍頭是否關(guān)閉，將檢測(cè)結(jié)果以郵件的形式發(fā)送給主人，有效實(shí)現(xiàn)了“看家”功能。樂樂勇智能、小杜等教育類機(jī)器人可以代替忙碌的父母輔導(dǎo)孩子學(xué)習(xí)，娛樂機(jī)器人可以可以緩解成年人下班回到家中的疲勞感，成為人類生活中的靈魂伴侶。

1.1初級(jí)小家電類機(jī)器人

家電類機(jī)器人不僅可以有效實(shí)現(xiàn)防盜監(jiān)測(cè)和電氣煤氣安全檢查等安防功能，而且可以替代人完成清潔衛(wèi)生、家電控制等家電服務(wù)工作，如圖2～3所示。

世界上最早的一臺(tái)家庭清潔機(jī)器人RC3000，其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)扁平，能夠移動(dòng)到床、沙發(fā)、茶幾等家具的下部進(jìn)行清潔工作，當(dāng)遇到障礙物時(shí)，機(jī)器人可以利用自身配置的光電傳感器和芯片改變本身的角度，繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。基站作為RC3000機(jī)器人的一部分，通過向機(jī)器人發(fā)射紅外定位和導(dǎo)航信號(hào)，告知機(jī)器人目的地的路徑。

掃地智能服務(wù)機(jī)器人HIT-1，根據(jù)配置的嵌入式智能特點(diǎn)，使得該機(jī)器人清掃的面積較大。該機(jī)器人的智能體現(xiàn)在可以根據(jù)自身電量不足自主到充電站充電，減少了人們更換電池的煩惱，當(dāng)電量充滿之后，繼續(xù)回到原來的位置進(jìn)行清掃工作嗍。

東京早稻田大學(xué)與20多個(gè)公司合作研制的成功仿人機(jī)器人“Twendy-One”，“Twendv-One”有8個(gè)手指，全身布滿傳感器和控制性肌肉，肢體動(dòng)作非常靈活和熟練，人類通過一個(gè)搖桿控制機(jī)器人將殘疾人抬到床上、從烤箱取面包等動(dòng)作，該機(jī)器人成本較高。

幫手機(jī)器人“AR”（Assistant Robot）接近人類體型，能根據(jù)褶皺區(qū)分衣物，有效集成了洗衣機(jī)、送餐、拖地的功能。

清潔家電類機(jī)器人從初始的單一清潔功能逐漸向褶衣服、從烤箱取面包的復(fù)雜功能轉(zhuǎn)變，從仿人的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)具有靈活雙臂的家居服務(wù)機(jī)器人，可有效提高機(jī)器人為人類服務(wù)的效率。

1.2幼兒教育娛樂類機(jī)器人

幼兒教育娛樂類機(jī)器人一方面可以代替忙碌的父母教育和監(jiān)督孩子，另一方面可以為人類帶來情感上的娛樂和放松。幼兒教育娛樂類機(jī)器人如圖4～5所示。

“irobi”家用服務(wù)機(jī)器人可以利用自身配置的檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)大門是否上鎖和煤氣是否已經(jīng)關(guān)閉，當(dāng)家里兒童想學(xué)英語或者韓文的時(shí)候，irobi機(jī)器人可以帶領(lǐng)孩子一起念書，另外機(jī)器人可以給哭鬧的孩子講故事和唱兒歌。2017年，某公司團(tuán)隊(duì)研發(fā)的布丁豆豆機(jī)構(gòu)外觀設(shè)計(jì)可愛美觀，深受孩子們喜歡凹。布丁豆豆機(jī)器人是一款雙語學(xué)習(xí)機(jī)器人，可通過頭部的識(shí)別裝置快速識(shí)別并復(fù)述圖書內(nèi)容，減少兒童的壓力，提高兒童的注意力。

華碩小布機(jī)器人外表萌寵，科技時(shí)尚感強(qiáng)，磨砂的觸感溫柔舒適，一方面保持了小布機(jī)器人的可愛，另一方面也保證了孩子們的安全。小布的頭部通過一根靈活而堅(jiān)固的金屬關(guān)節(jié)與身體接觸，而且通過內(nèi)部智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以做出很多靈活的頭部動(dòng)作，使其顯得更加活靈活現(xiàn)。小布背部還有緊急開關(guān)的保護(hù)蓋、防跌落傳感器、超聲波距離傳感器等部件，機(jī)身兩側(cè)是驅(qū)動(dòng)輪，尾部是轉(zhuǎn)向輪，驅(qū)動(dòng)輪周圍配備柔光RGB燈效。臉部安裝的支持10點(diǎn)觸控的觸摸顯示屏在與人互動(dòng)時(shí)可以表現(xiàn)豐富的表情。

360兒童機(jī)器人利用大數(shù)據(jù)搜索和語音交互功能陪伴孩子們的成長(zhǎng)，給孩子們帶來歡樂，該機(jī)器人具備攝像機(jī)拍攝的功能，利用動(dòng)聽的童歌哄睡小孩，同時(shí)還可以為父母教育兒童，陪伴孩子學(xué)習(xí)。商用機(jī)器人“優(yōu)友”，不僅可以實(shí)現(xiàn)教育孩子的功能，還可以代替父母看管孩子，同時(shí)可以給一些咨詢?nèi)藛T帶來答案，實(shí)現(xiàn)咨詢導(dǎo)購的功能。

在孩子教育方面，教育機(jī)器人Nao不僅可以實(shí)現(xiàn)教育功能，還可以在眾人矚目下輕松自如地踢球，給大人和小孩帶來無限的歡樂，成為人類娛樂的產(chǎn)品，Nao機(jī)器人還可以像人類一樣在開放式編程框架下跳舞等。

1.3人機(jī)互動(dòng)式機(jī)器人

人機(jī)互動(dòng)式機(jī)器人在服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域中是非常重要的，人際互動(dòng)的好壞直接影響機(jī)器人與用戶的交流，人際交互由初始的簡(jiǎn)單界面的交互到情感情緒肢體交流的交互，人機(jī)交互機(jī)器人如圖6所示。

“小Q機(jī)器人”可用于中國(guó)媽媽對(duì)孩子的早期教育，也可成人用來自身娛樂，讓機(jī)器人成為人們的在線生活伴侶。該機(jī)器人具備時(shí)效性的通訊技術(shù)，加強(qiáng)了父母與孩子的溝通，促進(jìn)孩子與父母的親情，小Q機(jī)器人憑借自身配置的機(jī)器人智能技術(shù)，可以展示豐富、生動(dòng)的表情動(dòng)作，同時(shí)依靠語音人機(jī)交互技術(shù)提高用戶的使用興趣，與騰訊QQ結(jié)合，成為人們的線上生活伴侶。

北理研制的“匯童”BHR和浙大研制的Wu&Kong仿人機(jī)器人可以像人類一樣連續(xù)地打乒乓球，對(duì)打次數(shù)高達(dá)110回合，在機(jī)器人與人對(duì)打時(shí)，最高回合度比機(jī)器人之間的對(duì)打度高30個(gè)回合，在這樣高回合度對(duì)打的情況下，促進(jìn)了傳感、伺服、驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。

2014年，日本軟銀集團(tuán)和法國(guó)Aldebaran Robot-ics聯(lián)合推出全球首款配備情感識(shí)別功能的機(jī)器人Pepper，Peper機(jī)器人可以根據(jù)身上配置的麥克風(fēng)、攝像頭和3D傳感器可以識(shí)別人的一些表情動(dòng)作，比如人高興的表情、憤怒的表情均可識(shí)別出來;不僅如此，Peper機(jī)器人在面對(duì)人類的這些情緒時(shí)，可以與人類進(jìn)行一些互動(dòng)，做出一些反應(yīng)。

Willow Garage實(shí)驗(yàn)室研制出的PR2機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，通過使用文字和聲音指令來做早餐的PR2廚房機(jī)器人像人類一樣，該機(jī)器人有2只手臂、7個(gè)關(guān)節(jié)，靈活度很高，可以打開冰箱取東西;當(dāng)機(jī)器人電量不足時(shí)，可以給自己找充電器充電，還能根據(jù)說明書制作咖啡。但是機(jī)器人的尺寸很大，而且其價(jià)格也非常昂貴。

上海某公司研發(fā)的陪伴型服務(wù)機(jī)器人維拉機(jī)器人是老年人的一款福利，老年人可以利用該機(jī)器人獲得生活上的幫助，還可以通過機(jī)器人查詢需要的信息和一些日程計(jì)劃。浙江某公司研發(fā)的陪伴機(jī)器人阿鐵，具備36種仿人交互表情來滿足老年用戶需求的差異，具備看護(hù)、娛樂互動(dòng)及簡(jiǎn)單的在線醫(yī)療咨詢等服務(wù)功能。該機(jī)器人不僅可以提醒老人吃藥，實(shí)現(xiàn)智能化，還能以不一樣的視覺效果呈現(xiàn)在老年人面前，提起老年人的興趣。該機(jī)器人的人機(jī)交互界面可以進(jìn)一步改善，豐富機(jī)器人對(duì)語言的識(shí)別性，高效識(shí)別老年人的情感，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和老人的深入互動(dòng)。

2關(guān)鍵技術(shù)

家庭服務(wù)機(jī)器人是多種技術(shù)的融合和體現(xiàn)。需要掌握關(guān)鍵技術(shù)的3～4種才能進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，包括人工智能、語音識(shí)別與合成技術(shù)、解析與交互技術(shù)、導(dǎo)航及定位技術(shù)、機(jī)器人跟隨技術(shù)、機(jī)器人多機(jī)調(diào)度技術(shù)、機(jī)器人底盤技術(shù)。以下將重點(diǎn)闡述信息感知、路徑規(guī)劃和人機(jī)交互技術(shù)。

2.1信息感知技術(shù)

家庭服務(wù)機(jī)器人具備3個(gè)特征：感知、決策和執(zhí)行。機(jī)器人信息感知技術(shù)是人機(jī)互動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究方向是多傳感器信息融合技術(shù)，通過將視覺、聽覺、觸覺等傳感器的信息相互融合，使機(jī)器人可以達(dá)到最優(yōu)的感知能力。傳感器有內(nèi)、外部傳感器之分，內(nèi)部傳感器的主要功能是是檢測(cè)跟蹤機(jī)器人自身的狀態(tài)，內(nèi)部傳感器包括里程計(jì)、加速度計(jì)、陀螺儀等;外部傳感器是用于機(jī)器人以外的感知，外部傳感器包括超聲波傳感器、激光測(cè)距傳感器、視覺傳感器。

人類可以看見外面世界的顏色，感覺高鐵的速度等，這些信息是通過視覺、觸覺、聽覺和嗅覺等感知世界的結(jié)果，其中約80%的信息是由視覺獲取的，可見，視覺器官是人類最重要的感知器官。同樣，機(jī)器人視覺是機(jī)器人中重要的功能，也是機(jī)器人感知世界的核心技術(shù)。

智能認(rèn)知與感知是機(jī)器人與人、機(jī)器人與環(huán)境進(jìn)行交互的基礎(chǔ)，其中腦生肌電認(rèn)知、城市環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人對(duì)環(huán)境的感知與識(shí)別以及智能空間是智能認(rèn)知感知技術(shù)的3個(gè)技術(shù)。在腦生肌電認(rèn)知方面，研究人員希望通過腦波、肌肉神經(jīng)信號(hào)幫助殘疾人士解決生活上的細(xì)節(jié)問題，比如操作智能輪椅、假肢等器具以輔助行走。功能假肢DEKA Arm項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)介紹了通過建立一種神經(jīng)界面將大腦皮層神經(jīng)活動(dòng)翻譯成能夠操縱輔助裝置的控制信號(hào)，從而幫助癱瘓者提高獨(dú)立生活能力。同時(shí)也證明了長(zhǎng)期癱瘓或中樞神經(jīng)受到損傷的人可以使用神經(jīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制復(fù)雜裝置的功能，如圖7所示。Rebsamen等利用腦電波控制輪椅移動(dòng)，規(guī)劃已知環(huán)境特定目標(biāo)的路徑，而對(duì)于用戶只是集中有限數(shù)量的目標(biāo)，從而用戶可以降低因?yàn)樽⒁饬^度集中而引起的疲勞，輪椅移動(dòng)的正確率也得到了提高。

2.1.1視覺感知信息處理

傳感器技術(shù)的發(fā)展可以促進(jìn)機(jī)器人感知信息的能力，機(jī)器人傳感器根據(jù)感知信息的不同分為視覺傳感器、力覺傳感器、觸覺傳感器、接近覺傳感器、距離覺傳感器、姿態(tài)覺傳感器、位置覺傳感器。通過研究機(jī)器人視覺這一門單獨(dú)的學(xué)科，研究者可以解決機(jī)器人技術(shù)的復(fù)雜性，人一機(jī)一環(huán)境交互系統(tǒng)基于視覺感知信息處理。PR2機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境可以開冰箱取飲料基于PChitta等利用的視覺圖像處理方法，PChitta等不僅應(yīng)用了二維、三維的視覺圖像處理方法，還將觸覺信息、關(guān)節(jié)力矩、位置信息列入確定機(jī)器人自身狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。Elliott等通過三維點(diǎn)云、圖像分割、K均值聚類等方法可以使PR2機(jī)器人識(shí)別出不同的的物體，實(shí)現(xiàn)抓取物體的功能。PR2機(jī)器人可以像人類一樣將煮飯需要的米倒入鍋中，這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)基于Finn等提出的方法，這種方法是通過相機(jī)拍攝下來的圖像自動(dòng)構(gòu)建狀態(tài)空間，該機(jī)器人是通過深度空間自動(dòng)編碼器實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的感知，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制功能，并利用此方法控制PR2用鍋鏟將一小袋米放入鍋中。如圖8所示。

機(jī)器人iCub可以將觸覺和手、眼同時(shí)利用起來，實(shí)現(xiàn)手、眼協(xié)調(diào)的功能，該機(jī)器人可以完成復(fù)雜的肢體動(dòng)作，同時(shí)對(duì)外界的感知也較強(qiáng)，具有人與環(huán)境交互的功能，機(jī)器人可以使用語言和基本的一些動(dòng)作與人進(jìn)行友好地交互。機(jī)器人Jibo屬于家庭社交型的一種機(jī)器人，可實(shí)現(xiàn)較多的功能。當(dāng)人類覺得無聊時(shí)，它會(huì)像人類一樣與人類進(jìn)行交流，讓人類覺得自己是和一個(gè)真實(shí)的人聊天;同時(shí)，該機(jī)器人還可以幫人類解決全家福拍照的問題，有效地?fù)?dān)任了家庭助理一職。

2.1.2非視覺感知信息處理

對(duì)于非視覺感知信息處理，人類可以根據(jù)力覺感受外界對(duì)我們施加力的情況，通過觸摸外界的事物感受物體的材質(zhì)，這些力覺、觸覺等都屬于非視覺感知。對(duì)于機(jī)器人而言，非機(jī)器人視覺的信息處理是由非視覺傳感器處理的，比如超聲波傳感器和激光傳感器。超聲波傳感器和激光傳感器的作用對(duì)象是最小環(huán)境模型，這個(gè)最小環(huán)境模型是屬于室內(nèi)標(biāo)識(shí)的，根據(jù)這些最小環(huán)境模型能夠得到最高效率的信息，比如得到環(huán)境的結(jié)構(gòu)化特征，這種結(jié)構(gòu)化特征中直線和墻的特征對(duì)應(yīng)，角和凸角特征對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)外界環(huán)境的識(shí)別，在環(huán)境特征中，重要的是機(jī)器人對(duì)環(huán)境識(shí)別的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，對(duì)于環(huán)境特征的選取和闡述，就顯得不是很重要。Hough變換法的使用在直線特征提取這一方面研究得較為透徹，但是對(duì)于柵格大小的選擇方面就會(huì)比較困難，除此之外，Hough變換法的算法不是很完美，沒有將噪聲和不確定性帶來的影響考慮在算法中，導(dǎo)致參數(shù)估計(jì)不準(zhǔn)確。丁剛等進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)證明了支持向量機(jī)的有效性和實(shí)用性，同時(shí)識(shí)別率和泛化能力也得到了研究者的肯定，識(shí)別率和泛化能力都較高，此次實(shí)驗(yàn)的成功在于研究者將超聲波獲取到的周圍環(huán)境信息視為環(huán)境特征，以六維特征向量表達(dá)周圍的環(huán)境，之后將這些信息實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)環(huán)境的識(shí)別。另外室內(nèi)外結(jié)構(gòu)化環(huán)境可以在多超聲波傳感器的作用下視為凸角、墻角等，除此之外周圍隨處可見的物體也可在多超聲波傳感器的作用下視為墻角、通道等，在對(duì)環(huán)境建模時(shí)，可以使用線段匹配的方式，這些例子的使用在文獻(xiàn)中可以體現(xiàn)出來。于金霞等對(duì)感知的環(huán)境信息進(jìn)行特征提取，通過對(duì)提取信息的研究，遺傳聚類算法應(yīng)運(yùn)而生，遺傳聚類算法的有效性在于金霞等人的研究下得到了證實(shí)。

2.2路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃技術(shù)是根據(jù)選擇路徑最短或運(yùn)算時(shí)間消耗最短等指標(biāo)，選擇一條最優(yōu)或者次優(yōu)的避障路徑。路徑規(guī)劃最本質(zhì)的問題是在幾個(gè)約束條件下解出最優(yōu)解。路徑規(guī)劃方法可以分為2種類型，第一種是全局地圖信息的路徑規(guī)劃，第二種是局部地圖信息的路徑規(guī)劃，第二種路徑規(guī)劃也可以叫做局部路徑規(guī)劃，這2種路徑的分類是依據(jù)環(huán)境信息的已知程度來劃分的。

在傳統(tǒng)的起始點(diǎn)一目標(biāo)點(diǎn)的路徑規(guī)劃路徑算法中，常用的有路線圖方法、單元分解法、勢(shì)場(chǎng)法、螢火蟲算法和遺傳算法。家庭服務(wù)機(jī)器人中，掃地機(jī)器人、窗寶機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的掃地擦窗搬運(yùn)功能，路徑規(guī)劃避障是主要的關(guān)鍵技術(shù)。然而傳統(tǒng)的起始點(diǎn)一目標(biāo)點(diǎn)的路徑規(guī)劃并不適用于清潔掃地、擦窗等任務(wù)，掃地機(jī)器人和擦窗機(jī)器人最優(yōu)的算法已不再是傳統(tǒng)仿人起始點(diǎn)一目標(biāo)點(diǎn)算法所能滿足的，而是通過覆蓋路徑算法實(shí)現(xiàn)，這種算法可以使機(jī)器人有效避開含障礙物的地方，高效順利完成任務(wù)。

2.3人機(jī)交互技術(shù)

人機(jī)交互技術(shù)指的是通過設(shè)備和界面完成給定交互任務(wù)的具體方法。家庭服務(wù)機(jī)器人中，目前主流的人一機(jī)交互方式有聽覺控制、視覺控制、力觸覺控制。手勢(shì)識(shí)別、表情識(shí)別、身體運(yùn)動(dòng)識(shí)別（如識(shí)別跌倒、跑步等動(dòng)作）、人的檢測(cè)和跟蹤、圖像顯示（如顯示笑臉或者用戶要求的信息）等是基于視覺的例子應(yīng)用?；诼犛X的控制例子主要有語音識(shí)別、非語音識(shí)別（如識(shí)別哭泣、尖叫、開門聲音、走路聲音等）、語音輸出、故事朗讀、歌曲播放、鈴聲提醒等。語音識(shí)別技術(shù)是近年來信息技術(shù)領(lǐng)域的重要科技之一，語音識(shí)別技術(shù)從文字表面意思看，針對(duì)對(duì)像主要是語音，語音信號(hào)可以轉(zhuǎn)化為人們熟悉的文本文檔，語音轉(zhuǎn)化為文檔是通過一種技術(shù)實(shí)現(xiàn)，這種技術(shù)就是編碼技術(shù)，編碼技術(shù)可以將機(jī)器人識(shí)別不了的語言轉(zhuǎn)化為機(jī)器人能夠識(shí)別的語言，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

觸屏觸摸感應(yīng)的人機(jī)交互方式是基于力觸覺的控制。另外腦電交互紅外感應(yīng)也屬于人機(jī)交互的2種方式。

人機(jī)交互方式各種各樣，但對(duì)于不同類型的家庭服務(wù)機(jī)器人需要選擇最優(yōu)的人機(jī)交互方式。Reem這類服務(wù)機(jī)器人因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境的不同，所以對(duì)這類機(jī)器人交互方式的要求就比較高，面對(duì)商場(chǎng)里各種各樣的人，有的人喜歡用語音和機(jī)器人進(jìn)行交流，有的人喜歡用手勢(shì)和機(jī)器人進(jìn)行交互，而有的人則喜歡通過觸摸屏幕的形式和機(jī)器人交流，所以在設(shè)計(jì)這種商用機(jī)器人時(shí)，應(yīng)該站在不同用戶的角度考慮問題，使得人機(jī)交互方式更多更廣，滿足廣大消費(fèi)者的要求。而對(duì)于給予用戶陪伴的機(jī)器人Pepper，人機(jī)交互方式應(yīng)該更加豐富，比如可以和正在陪伴的用戶進(jìn)行情感上的交流，能夠根據(jù)被陪護(hù)的人員表情做出回應(yīng)。Twenty-One機(jī)器人一般在家里輔助主人做家務(wù)，與用戶的交互十分密切，所以在完成家庭任務(wù)的同時(shí)，也需保證與主人的和諧相處，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的有效性與安全性。

美國(guó)研制的0bi護(hù)理機(jī)器人，這款機(jī)器人可以輔助人類進(jìn)食，照顧吃飯不方便的老年人或者殘疾人。對(duì)于人機(jī)交互方面，該機(jī)器人的交互界面比較單一，但可以實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器人的基本交互，對(duì)于不方便吃飯的用戶可以利用人機(jī)交互機(jī)界面上的按鈕，就可以控制機(jī)械臂以達(dá)到喂食的目的，如圖9（a）所示。日本理化學(xué)研究所研制的Robear機(jī)器人像人類一樣，配置有一雙手，可以實(shí)現(xiàn)抱住用戶移動(dòng)的功能，動(dòng)作嫻熟，如圖9（b）所示。美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)研制的Herb，在結(jié)構(gòu)上有2個(gè)手臂，像人類的雙手一樣，能夠?qū)崿F(xiàn)眾多的功能，除此之外還配置有2個(gè)移動(dòng)的腳輪，根據(jù)自身配置的硬件設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的感知與識(shí)別，如圖9（c）所示。

值得一提的是人機(jī)交互技術(shù)在教育娛樂機(jī)器人中是核心技術(shù)，人機(jī)交互方式變得越來越簡(jiǎn)單，可通過人的面部表情和情緒來實(shí)現(xiàn)人和機(jī)器人的互動(dòng)，由最簡(jiǎn)單的界面交互到人臉識(shí)別的交互再到人思想的交互，機(jī)器人可以通過微表情知道用戶的意圖，研究思路逐漸向仿生角度出發(fā)，機(jī)器人的最高境界是使機(jī)器人具有人的思維，與人正常溝通交流，這就需要將多種技術(shù)互相融合，提高機(jī)器人人機(jī)交互的可靠性與成熟性。

3結(jié)束語

仿人服務(wù)機(jī)器人作為21世紀(jì)高技術(shù)制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的重要組成部分，已成為衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)器人技術(shù)水平的重要標(biāo)志。仿人服務(wù)機(jī)器人有著良好的應(yīng)用前景，正逐步向家庭服務(wù)、助老助殘等領(lǐng)域邁進(jìn)，仿人服務(wù)機(jī)器人有著像人類一樣靈活的功能，朝著智能化、標(biāo)準(zhǔn)化等方向發(fā)展，從仿生材料、仿生外形和仿生思維出發(fā)，達(dá)到與人類各方面相近功能的目的，最終使得機(jī)器人可以適應(yīng)更加復(fù)雜、非結(jié)構(gòu)化的家居環(huán)境，高效率滿足用戶們的需要，所以家庭服務(wù)機(jī)器人可以從仿生的角度設(shè)計(jì)家庭服務(wù)機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)和思維執(zhí)行能力，具備人的思維執(zhí)行決策能力的家庭服務(wù)機(jī)器人可以為疫情服務(wù)機(jī)器人的研制提供有效來源，本文對(duì)家庭服務(wù)機(jī)器人的未來發(fā)展趨勢(shì)做出如下總結(jié)。

（1）機(jī)器人具有人形化的外觀非常重要，這是與人類建立情感聯(lián)系的基礎(chǔ)，那些與人類相同的行為舉止，才能觸發(fā)人類的同理心，進(jìn)而取得彼此的信任。在仿人機(jī)器人上需探究以下關(guān)鍵技術(shù)：①仿人機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì);②仿人機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)操作控制，包括實(shí)時(shí)行走控制、手部操作的最優(yōu)姿態(tài)控制、自身碰撞監(jiān)測(cè)、三維動(dòng)態(tài)仿真、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和軌跡跟蹤;③仿人機(jī)器人的整體動(dòng)力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)建模;④仿人機(jī)器人控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的研究;⑤仿人機(jī)器人的人機(jī)交互研究，包括視覺、語音及情感等方面的交互;⑥動(dòng)態(tài)行為分析和多傳感器信息融合。

（2）需解決低成本和高精度的矛盾，家庭服務(wù)機(jī)器人面對(duì)的是家庭的非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境，對(duì)傳感器的要求非常高。

（3）需解決傳感器融合的技術(shù)矛盾，增加機(jī)器人傳感器的數(shù)量可以提高它對(duì)環(huán)境的理解和任務(wù)決策，但卻增加傳感器誤差和信息不完整的可能。

（4）需解決實(shí)時(shí)性與有限資源的矛盾，家庭服務(wù)機(jī)器人大多為小型化。