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家用智能清洁机器人-机械部分设计 第一章 绪论 1.1 服务机器人概述 自第一台工业机器人问世以来， 机器人有着突飞猛进的发展。 机器人在工业、 国防和科学技术中日益广泛的应用，带来了巨大的经济和社会效益，也有力地推 动了有关学科和技术领域的发展。服务机器人是一个新的机器人研究领域。作为 正在发展新研究领域，服务机器人有许多不同的定义，但它的最基本特征是提供 服务。和工业机器人一样，服务机器人基本上包括机器人的所有基本特性。它往 往和人结合于同一工作环境中，这隐含着许多工业机器人没有的特性，如安全问 题、人机交互性、在非结构化环境中的高度自治等。目前服务机器人成功应用的 领域有雕刻，消防，清洗，医疗，焊接等等。从长期来看，服务机器人的英勇数 量将会超过工业机器人。 1．1．1 服务机器人的机械结构问题 机械系统是服务机器人系统中的一个重要组成部分，是完成抓取对象实现所 需运动的机械部分。它与一般地机械系统相比，除要求较高的定位精度之外，还 应具有良好的动态相应特性。服务机器人可以是静止或移动的平台。静止平台式 服务机器人通常具有手臂结构它们能用于加油、飞机清洗和辅助残疾人。这种手 臂结构的服务机器人也许会有各种工业机器人的基本特点， 也可能会有移动轮但 它们不用于操纵机器人。通常的服务机器人是可移动的，最典型的移动机器人是 轮式结构，当然也可能有其它方式移方式如步行爬行和飞行等，但它们仅仅用于 不适合轮式机器人的环境中。 1．1．2 服务机器人的适用环境 工业机器人所处的环境为制造环境，即所谓的“结构化”环境，其环境信息 往往处于非制造环境，即所谓的“非结构化”环境，其环境 信息往往是多义的、不完全的或不准确的。服务机器人通常在非结构化和比较复 杂的环境中运行也就是指办公室、公共大楼、超市和家庭等。人和机器人通常共 处在同一环境中并且环境会出现预料之外的改变，如家具位置的随意摆放、人的 随意走动等因而服务机器人必须能自我管理和处理环境中的一切。 机器人设计人 员必须能安全地假设许多环境模型来弥补现存环境感知技术的缺点。 服务机器人的最普通的任务是减轻人类的重复或危险的劳动．如象运输、救 援、检查、探险等。服务机器人运用于运输，如发送邮件、实验品和药品：运用 于救援，如机器人能实施问题点的勘察，发现入侵者和火灾报警：运用于检查， 如 桥梁裂缝检查，核反应堆射线检测和化学泄漏检测。这种类型机器人需考虑它的 机械移动装置、能量存储、导航和避障。服务机器人在完成某项任务，它必须装 备执行机构和控制系统等，设计人员必须考虑机器人怎样探测和操纵目标，怎样 执行和控制系统的交互，需多少能量才能完成任务等，因而机器人很容易变得复 杂，这是这类机器人快速发展的主要原因。 一个特别适宜服务机器人完成的工作是清洁任务，主要包括室内地面的吸 尘、公共建筑物内的清扫和大建筑物外墙的清洗。智能吸尘器需较大的功率考虑 到它能在床和椅子下移动它形状不能太大， 合理的路径规划避障和能耗是智能吸 尘器的主要技术问题。 1．1．3 服务机器人的技术问题 服务机器人需完成各种不同的服务工作，如何完成特定的任务往往是服务机 器人的核心技术，也是决定服务机器人市场竞争力的关键。如割草机器人的核心 技术是如何低能耗割草，地面清洗机器人的核心技术可能是发展新清洗技术，使 机器人不必携带巨大的水箱。服务机器人作为机器人技术的一个分支，所有服务 机器人或多或少要涉及以下的人工智能技术： ●环境感知技术 ●环境传感器和信号处理方法 ●控制系统基于模型基于行为等 ●交互和合作的控制结构 ●复杂任务的实时规划 ●仿真技术和环境 ●人机交互 1．1．4 服务机器人的可靠性和安全性 服务机器人作为机器人新的应用领域，其使用目的是为了改善人们的生活质 量，服务对象大多是没有使用经验和专业知识的人们，而且大多数服务机器人工 作在与人共处的环境中，直接或间接作用于人，如何处理好人与机器人的相互关 系显得尤为重要。同时，服务机器人是一个复杂的机械一机电一电子系统，硬件 上由许多不同的普通元件组成，软件上也不可能十全十美，向传统的机械设备一 样，不可避免的会给人们带来危险，这是用户所不希望的。因此可以说服务机器 人实用化和商品化的关键之～在于它的可靠性和安全性 1．1．5 服务机器人的应用 目前，服务机器人越来越受到企业和商业界的重视，这主要