原创工业之外，机器人的那些典型应用

 2014-9-17 14:15  1535 29 29 分类: 机器人/ AI

农业

　　即使在发达国家，农业也依然是劳动密集型行业，需要依靠大量的外来务工人员。当前土地集约经营和农场规模化发展的倾向对农业自动化提出了更高的要求。虽然谷物农业已经大量机械化，比如一个联合收割机就可以完成数以百计的劳动者的工作任务，但是还有些其他任务很难实现自动化。

　　农业机器人是一种以农产品为操作对象、具有信息感知以及四肢行动能力、能重复编程的柔性或自动化或半自动化设备，集传感技术、监测技术、人工智能技术、通讯技术、图像识别技术、精密及系统集成技术等多种前沿科学技术于一身。运用农业机器人代替人力的手工劳动，在产前、产中、产后各环节中大面积采用机器人作业，从而降低劳动的体力强度，提高劳动效率。

　　一些常见的农业机器人包括：

　　采摘机器人，对作业对象自行识别，选择成熟农产品进行采摘；

　　嫁接机器人，利用传感器和计算机技术相融合，能够使嫁接苗的子叶方向实现自动识别、判断，同时能完成砧木、穗木的取苗等一系列嫁接过程的自动化作业；

　　喷雾机器人，提高了生产效率，使农业人员避免了农药中有毒物质的伤害；除草和施肥机器人，由智能化拖拉机和全球定位计算机系统组成，作业时只在有杂草的位置喷洒除草剂或定点施肥，大大减少了除草剂和肥料的用量，降低了费用的同时也减少了对土地和作物的污染；

　　放牧机器人能够检查数目、分发饲料，把走散的羊赶回羊群，也具有护卫庭院、安全检查、寻觅救援等功能。

　　此外，还包括树木修剪机器人、耕地分拣机器人、挤牛奶机器人等，在农业耕作和养殖等各方面都能有效提高生产率和解放生产力。

医疗健康产业

　　随着人口老龄化趋势的加深，医疗健康行业无疑将是未来机器人技术应用大放异彩的领域之一。麦肯锡全球研究院发布的《12项颠覆性技术》中提到，未来机器人会发展得更敏感、灵巧、更有智慧，可完成以往认为过于细致或不符经济效益的工作。若用于医学上，机械人手术系统可降低风险，机器义肢可恢复截肢者或老人的四肢功能，养老机器人也能为老年人提供看护、体检、行动辅助、锻炼等功能。

　　医疗领域中很有发展前途的机器人技术可分为三大类：宏观机器人技术，微型机器人技术以及生物机器人技术。

　　（1）宏观机器人技术主要包括：①医用康复机器人为残疾人和老年人提供外部协助和支持服务，并利用信息传输和通讯体统帮助医生实时监控病情和提供专业建议；②外科手术机器人协助医生的手术过程；③制药环节的工业机器人运用能够实现精准化控制和批量化生产。

　　（2）微型机器人技术从毫米级到微米量级甚至纳米量级不等，主要包括侵入性显微外科机器人和新一代微型化的机电一体化医疗用品。在外科手术中，微型机器人可以进入到病人体内根据需要游动并反映体内病症情况，定点释放药物，协助外科手术治疗，如注射麻醉剂或修补血管等，降低成本损耗并大大提高成功率。

　　（3）生物机器人与其他机器人最大的区别是其是由有生命的材料构成的而不是单纯用金属材料构成的。生物机器人技术涉及生物系统的建模和模拟等问题，以便能更好地了解人体生理学。随着仿生学和生物机器人技术的发展，生物机器人将用于为残障人士提供义肢或提供人体机能增进，或许有一天能够创造出现实版的“钢铁侠”。

　　总的来说，机器人技术的运用在两个主要的医疗领域带来变革：一是作为医疗设备协助外科手术治疗，二是对残疾人和老年人的康复护理协助。

　　日本、欧洲等国包括中国老龄化现象的日趋严重，催生出医疗机器人最热门的一个方向——养老机器人。养老机器人包括远程控制的陪护机器人、可以检测身体健康状况并制定锻炼方案的智能训练仪、可帮助老人站立和行走的智能电动车机器人等，并且已经投入到医院、养老院、家庭中使用。对养老机器人的使用可以自动采集老人日常活动的数据及监测环境，实现区域无线定位，对火灾、老人摔跤等异常情况及时提供快速预警、报警，提升养老机构信息化水平和工作效率，为老人们提供更专业、安全、贴心的陪护照顾，帮助老年人自由行动，提高老年人生活质量。

家庭与个人服务

　　家庭与个人服务机器人的运用范围最广阔，种类繁多，且未来发展空间更大。智能型服务机器人在家庭生活中主要有安防、清洁、看护等家政功能，并且在未来发展为具有智能中枢系统的智能居室或智能空间。

　　安防机器人如家用警察Rovio，通过网络摄像头、GPS等设备按照设定的路线在家中巡视，检查可能存在的威胁并及时发出预警。

　　家务机器人能自动擦地与擦窗，提供日常清洁维护，如扫地机器人iRobot Roomba等。

　　家庭护理机器人能够巡视检查并看护小孩和老人，随时满足基本需求，提供陪护。老龄化问题严重的“机器人王国”日本开发出了新型仿人型家庭护理机器人Twendy-One，集与人沟通、为人类提供安全帮助和灵巧的操作性于一身，专门为老年人、残障人等行动不便人士服务。它可以捡拾物品、擦拭地板、准备食物，也能将行动不便的人抱起并移动，甚至能和人聊天。

　　智能中枢系统的运用相当于为房屋装上一个智能的“大脑”，将具备计算能力、感知能力、执行能力的智能设备安装在室内的多个位置，使得普通的室内环境变成一个智能的、知识的、能够为用户提供支持的智能空间。家庭服务机器人智能空间的建立可以通过在室内环境布置各种环境信息检测传感器、用于数据处理和信息服务的计算机、网络通信系统、人机交互界面以及执行器件等，辅助机器人实现准确导航、精确定位等工作，同时完成抓取、运送、整理家具和物品等各种家政服务工作。

　　而智能机器人在个人服务方面的应用主要是教育和娱乐功能，代表是宠物机器人。索尼公司推出的智能宠物狗Aibo能够自我学习和成长，不仅模仿现实中宠物狗的百位、打滚等动作，还能够识别主人指令并作出回应，为人们提供陪伴和娱乐功能。此外，教育机器人的发展也前景可观。

教育行业

　　机器人技术的结构化和模块化发展不仅使机器人走入个人与家庭生活，也对教育领域产生了显著的变革，诞生出了机器人教育和教育机器人。

　　教育机器人是由生产厂商专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件。它除了机器人机体本身之外，还有相应的控制软件和教学课本等。教育机器人主要用于机器人竞赛和课内外教学。

　　机器人竞赛在国际和国内都十分盛行。国际竞赛主要有几种类型：①机器人足球竞赛，最具影响的主要是FIRA和RoboCup两大世界杯机器人足球赛；②机器人灭火竞赛；③机器人综合竞赛，最典型的就是国际机器人奥林匹克竞赛，以及FLL机器人世锦赛；④其他比赛，例如日本机器人走迷宫比赛、美国人工智能学会移动机器人比赛、国际海洋机器人竞赛等。国内比赛例如FIRA中国区比赛、CCTV杯机器人比赛、全国中小学电脑制作大赛、全国青少年教育机器人竞赛、中国科协主办的中国青少年机器人竞赛等。

　　除了机器人竞赛以外，教育机器人还被用于课内外教学，以提高学生设计、开发、应用机器人的能力和创新能力。北京、上海、广东、浙江、江苏、湖北等省市已经先后将教育机器人纳入地方课程或校本课程。

　　在机器人教育活动积极开展的同时，对于教育机器人基础开发平台的研究也得到了蓬勃发展。国外产品如乐高机器人、RB5X、IntelliBrain robot等，国内有能力风暴机器人、广州中鸣机器人、Sunny618机器人、通用ROBOT 教学机器人等。乐高“课堂机器人”将模型搭建和计算机编程有效地结合在一起，使孩子们能够设计自己的机器人，在计算机上编写程序，然后通过算机相连的红外发射器将程序下载到机器人的大脑—RCX微型电脑中。RB5X教育机器人主要用于辅助课堂教学，帮助学生锻炼提高听、说、读、写能力，学习学科知识、电脑知识，利用它可开展一系列活动锻炼学生的分析问题、解决问题、逻辑思维能力和培养团队协作精神。

　　教育机器人和机器人教育有利于促进教育方式的改革，在动手和创造中培养学生的综合能力；有利于建立一门新的标准课程；有利于寓教于乐；有利于引导学生学会观察、学会表达、学会思考、学会创新，培养学生的团队协作精神和宽容为怀的人文品格。

国防军工产业

　　军工自动化来源于高精尖技术战争需求与减少人员伤亡。扫雷机器人、作战机器人、侦察机器人、哨兵机器人、排雷机器人、布雷机器人等军用机器人投入军事领域将大大减少人员伤亡，提高作战成功率；机器人的军事化发展也推出了无人飞行器、无人潜水器、太空机器人等高精端设备，降低了人员伤亡的同时大大延伸了作战领域空间，显著提升作战效能，降低了作战成本；微型机器人和仿生机器人如昆虫机器人的投入运用更增强作战部队的灵活性和机动性，适应反恐特殊作战。