服务业中的应用趋势与前景展望

国际机器人联合会经过几年的资料搜集、文件整理和系统归纳，给出了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，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。这里，人们把其他一些贴近人类生活的机器人也列入其中[95]。服务机器人的应用范围很广，主要从事诸如维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。

随着经济全球化的发展，人力成本不断上涨，用工难度日益增加，促进了家庭服务型机器人的突飞猛进。数据显示，目前，世界上至少有48个国家在发展机器人，其中25个国家已涉足服务型机器人的开发和应用工作。在日本、北美和欧洲，迄今已有7种类型、40余款服务型机器人进入实验和半商业化应用。

近年来，全球服务机器人市场保持较快的增长速度。根据国际机器人联盟的统计数据，2010年全球服务机器人销量达13741台，同比增长4%，销售额为320亿美元，同比增长15%；个人/家庭服务机器人销量为220万台，同比增长35%，销售额为5.38亿美元，同比增长39%。

另外，全球人口的老龄化也给社会带来了大量的问题。例如对于老龄人的看护和医疗问题，要解决这些问题势必会给政府带来沉重的财政负担。由于服务机器人所具有的特点使之能够显著降低财政支出，因而服务机器人得到了政府人士的青睐，有望得到财政支持，并被大量的应用。

图1-81　餐饮服务机器人

我国在服务机器人领域的起步较晚，研发水平与日本、美国等国相比起来还有一定差距[96]。在国家863计划的支持下，我国在服务机器人研发方面已投入了巨大的人力、物力和财力，并取得了一定的成绩，如哈尔滨工业大学研制的导游机器人、迎宾机器人、清扫机器人；华南理工大学研制的机器人护理床；中国科学院自动化研究所研制的智能轮椅等。图1-81所示为一种餐饮服务机器人。

1.“护士助手”机器人

看到现在世界上有这么多形形色色的机器人，人们也许会问世界上第一台真正意义上机器人是谁发明的呢？发明第一台机器人的正是享有“机器人之父”美誉的英格伯格先生。英格伯格是世界上最著名的机器人专家之一，1959年他与人合作研制出了世界上第一台工业机器人，并于同年建立了Unimation公司，为创建机器人产业作出了杰出的贡献[97]。1983年，就在工业机器人销售日渐火爆的时候，英格伯格和他的同事们毅然将Unimation公司卖给了西屋公司，并创建TRC公司，开始研制服务机器人。

英格伯格认为，服务机器人与人们生活密切相关，其应用将不断改善人们的生活质量，而这也正是他毕生所追求的目标。一旦服务机器人像其他机电产品一样被人们所接受，走进千家万户，其市场规模将不可限量。

英格伯格创建的TRC公司的第一个产品是“护士助手”机器人（见图1-82），这款机器人于1985年开始研制，1990年开始出售，目前已在世界各地几十家医院投入使用。“护士助手”机器人除了出售外，还可以出租。由于“护士助手”的市场前景很好，现已成立了“护士助手”机器人公司，英格伯格亲自担任主席。

“护士助手”是一种自主式机器人，它不需要有线制导，也不需要事先做好规划，一旦编好程序，它随时可以完成以下任务：运送医疗器材和设备，为病人送饭送水，传送病历、报表及信件，运送药品，运送试验样品及试验结果，在医院内部递送邮件及包裹[98]。

图1-82　“护士助手”　机器人(www.xing528.com)

该机器人由驱动部分、行走部分、行驶控制器及大量的传感器组成。机器人可以在医院中自由行动，其速度为0.7 m/s左右。机器人控制系统中装有医院的建筑物地图，在确定目的地后机器人利用航线推算法自主地沿走廊行进，由结构光视觉传感器及全方位超声波传感器探测静止或运动物体，使之及时避障，并对航线进行修正。它的全方位触觉传感器保证机器人不会与人和物体相碰。车轮上的编码器可以精确测量它行驶过的距离。在走廊中，该机器人利用墙角确定自己的位置，而在病房等较大空间里时，它可利用天花板上的反射带，通过向上观察的传感器帮助自己定位。需要时它还可以自行开门。在多层建筑物中，它可以给载人电梯打电话，并通过搭乘电梯到达所要去的楼层。当遇到医生或病人着急使用电梯时，该机器人可以先停下来，让开道路，2分钟后它会重新启动，并继续前进[99]。通过“护士助手”上的菜单可以选择多个目的地，而且该机器人装有较大的屏幕，拥有友好的用户界面，以及优良的音响装置，用户使用起来迅捷方便，简单舒适。

2.户外清洗机器人

随着城市现代化进程的加快，一座座高楼拔地而起。为了美观，也为了得到更好的采光效果，很多高楼都采用了玻璃幕墙。好看虽然好看，但好景不长，隔了一段时间这些玻璃幕墙就会变得灰头土脸，必须定时清洗。其实不仅是玻璃幕墙，其他材料的大楼壁面也需要定期清洗，才能恢复靓丽容貌，为城市增光添彩。

长期以来，高楼大厦的外墙壁清洗都依靠的是“一桶水、一把刷、一根绳、一块板”的作业方式。洗墙工人腰间系着一根绳子，凭着这根绳子悠荡在高楼不同高度的外楼面之间，清洗墙壁或窗户，不仅效率低，而且风险大。后来，随着科学技术的发展，这种状况已有所改善。此前一段时间里，国内外使用的楼面清洗的方法主要有两种：一种是靠升降平台或吊篮搭载清洁工进行窗面和墙面的人工清洗；另一种是用安装在楼顶的轨道及索吊系统将擦窗机对准窗户自动擦洗[100]。采用第二种方式要求在建筑物设计之初就将擦窗系统考虑进去，而且它无法适应阶梯状造型的壁面，这就限制了该方法的普及使用。

改革开放以后，我国的经济建设有了快速的发展，城市面貌焕然一新，各种高层建筑如雨后春笋，层出不穷。但由于建筑设计配套尚不规范，国内绝大多数高层建筑的清洗都是采用吊篮系统人工完成。基于这种情况，北京航空航天大学机器人研究所发挥其技术优势，与铁道部北京铁路局科研所为北京西客站合作开发了一台擦窗机器人（见图1-83）。

图1-83　擦窗机器人

该机器人由机器人本体和地面支援小车两部分组成。机器人本体是沿着玻璃表面爬行并完成擦洗动作的主体，重25 kg，它可以根据实际情况灵活自如地行走和擦洗，而且具有很高的可靠性。地面支援小车属于配套设备，在机器人工作时，负责为机器人供电、供气、供水及回收污水，它与机器人之间通过管路连接。

图1-84　壁面清洗机器人

3.壁面清洗机器人

目前我国从事大楼壁面清洗机器人研究的还有哈尔滨工业大学和上海大学等高等院校，他们也都有了自己的产品。

壁面清洗机器人（见图1-84）是以爬壁机器人为基础开发出来的，它只是爬壁机器人的用途之一[101]。爬壁机器人的吸附方式有负压吸附和磁吸附两种，大楼壁面清洗机器人采用的是负压吸附方式[102]。磁吸附爬壁机器人也已在我国问世，并已在许多应用场合得到使用验证。