翟 慧，孙鹏涛

（1.上海电子信息职业技术学院，上海 200240；2.上海信息技术学校，上海 201411）

0 引 言

物联网技术是国际电信联盟（ITU）于2005年首次正式提出的概念，物联网（Internet of Things，IoT）即“万物相连的互联网”，是在互联网基础上延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。随着网络技术和智能手机的普及覆盖，物联网技术已经从研发阶段逐渐走向人们的日常生活，如今用手机监控家中的实时状况、开启空调或者监控私家汽车的实时状态已经不再是科幻电影中的情景[1]。

原有单一功能的扫地机器人、烹饪机器人、陪读机器人已无法满足消费者的需求和心理预期，服务机器人需要在网络化、智能化等方面进行技术提升，才能满足行业痛点。

1 服务机器人技术发展现状

服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，能完成与人类衣食住行相关的服务工作。具备感知、决策、执行3个能力是服务机器人的主要特征。服务机器人本身是一个复杂的系统。

当前服务机器人市场已有的产品，根据不同的功能，对以上技术进行了融合实现。受到硬件、软件、研发成本方面的限制，技术提升的难度会成指数增长。兼具物理信息和数据通信功能的物联网技术，自然而然成为解决这一难题的研究方向。两项技术的融合能有效突破各自技术的瓶颈，实现优势互补。首先，具有数据采集、网络传输、终端应用构成的物联网能给服务机器人提供准确实时的全局感知定位，形成立体化的路径规划和实时位置修正，弥补了服务机器人感知范围小、计算能力差的自身缺陷。其次，5G网络的推广，可以通过固定的计算终端实时传输云计算数据，给服务机器人装上真正的大脑，让服务机器人真正兼具人工智能。最后，利用网络通信和移动终端，服务机器人可以真正实现多机协作和人机交互等功能，让人与机器人、机器人与机器人实现无缝对接。传统服务机器人和具有物联网技术的服务机器人对比情况见表1。可以直观地看到，通过物联网技术的网络支撑，服务机器人将在产品性能、使用成本以及用户体验等方面实现质的飞越。

2 物联网服务机器人系统

以家庭环境下物联网服务机器人系统为例，遍布房间的传感设备实现对房间中人和物体的位置、形状、动作进行精确捕捉，并将相关信息传输给服务机器人。通过集成的高速计算机运算分析，协调服务机器人实现对房间中所有终端设备的控制，主动或协同完成人类的服务需求。图1是一个典型的家庭场景下物联网服务机器人系统示意图。家庭物联网系统中，温度、光电、气体等传感器监控室内环境状态，感知的信息会通过无线网络传输给家庭控制计算主机终端，由主机终端进行运算决策，并将指令传输给服务机器人和其他执行器做出反应，执行打开空调、关上窗帘、调低电视音量等服务。

表1 服务机器人技术对比分析

图1 家庭场景下物联网服务机器人系统示意图

根据以上设计方式和研究思路，未来服务机器人不应再固化于电影、电视中可以移动跟随人完成简单任务，而是通过物联网技术控制终端设备实现全程服务。因此，有必要探讨未来服务机器人应用和开发的方向。

3 物联网技术背景下服务机器人开发与应用方向

3.1 人工智能技术的有机结合

人工智能（Artificial Intelligence，AI）本质是对人的意识、思维的信息过程的模拟。基础层的云计算、大数据等因素逐渐发展成熟，催化了人工智能的进步。从技术层来看，当前的各类人工智能算法主要是利用深度神经网络等算法来模拟人脑的思考方式，应用范围主要包括语音识别、图像识别、语义理解、预测规划和智能控制等。从应用层来看，机器人是人工智能应用于多样化领域的重要载体。当前，人工智能技术更多助力于制造业中自动化与柔性化生产的推行。长期来看，面对远比当前工业生产复杂的环境，服务机器人对人工智能技术的要求更高、更全面，市场空间更大。由于服务机器人需要在复杂多变、不确定或不受控制的环境下自主运行，必须具备对周遭环境和事物高效的识别、感知、理解、判断及行动能力。随着深度学习算法以及计算机视觉、机器学习、智能语音等多种智能算法的应用，服务机器人的机器视觉、人机交互能力以及基于大数据的机器学习能力等方面的人工智能水平呈现质的飞跃。当前，物联网与服务机器人的结合主要是发挥两个技术的优势所在，如导航定位、跟踪寻迹、多数据采集等。事实上，人们对服务机器人的需求绝对不仅仅是根据语言指令去完成某些特定功能的“机器狗”，而是具有自主学习能力和宜人化特点。这就要求物联网服务机器人系统由“感知”功能进一步升级到“认知”功能，甚至具有“人格化”特征。而单纯依靠机器人本体的程序运算和硬件升级很难达到这一预期，只有依靠人工智能技术才可能突破当前的技术瓶颈。

3.2 普适机器人系统应用开发

普适机器人系统的应用开发是从普适计算的角度出发，将智能、行为、感知等功能分别设置在软件机器人、嵌入机器人、移动机器人中，借助物联网技术构成一个有机系统。这样的普适机器人系统更适应商场、医院、家庭等室内服务功能。目前，普适机器人系统主要侧重在运用感知技术提升服务质量。普适机器人强大的普适计算和云计算能力可以将其感知和计算获得的知识通过物联网共享到云端，并进行语言感知和推理执行，使机器人提供更加丰富智能的服务。

应用层面，运用普适机器人实现的图书管理机器人系统，可以准确定义图书和书架的具体位置和图书信息管理。普适机器人系统基于传感器和终端执行机构可以实现食材的选择和制作，以构成普适机器人厨房[2]。

3.3 服务机器人细分功能的应用

未来的服务机器人市场需求会更加丰富多样，由于受到数据采集、运算执行、通信传输等技术的限制，不可能研究出一款服务机器人产品符合家用、医疗、商务等所有场合。因此，未来的服务机器人技术开发应在物联网技术的支持下，注重细分市场的产品开发。例如，Google公司开发的无人车智能机器人系统，通过网络数据传输的快速响应，实现复杂路况的无人驾驶；养老助老市场中的智能用药服务机器人，有别于普通的居家功能服务机器人，通过大数据采集和物联网终端，可以监控老人的身体状况、用药情况、医院的病例情况及后续的治疗方案，切实解决老年人用错药物、忘记用药、药量错误等问题[3]。这些细分的服务机器人市场无疑将成为未来服务机器人发展的主流。

4 结 论

物联网技术背景下的服务机器人系统，改变了原有单一的服务机器人一元发展的固有模式，为服务机器人的全面普及提供了可行的技术支持。这一新兴的、革命性的研究方向充满了挑战和机遇，对于促进我国机器人产业快速发展，实现“弯道超车”有着重要的历史意义。

同时，物联网服务机器人系统并不可能是简单的物联网与机器人的叠加，其中很多技术问题需要不断完善，如物联网机器人系统的整体框架研究、物联网服务机器人复杂任务的规划和实现、物联网服务机器人系统标准的制定、物联网服务机器人认知能力的研究等一系列问题。这需要人工智能技术、网络通信技术、芯片研发技术等多方面取得突破。当前，我国正处在改革深入发展的关键时期，快节奏的生活模式和社会老龄化日趋严重已成为城市化发展亟待解决的突出问题。加快产业转型发展，提升核心技术竞争力，让服务机器人走进千家万户，必将会对提高人们生活质量、改善人们生活条件、推进产业快速发展产生深远的影响。希望随着我国对各项高端技术的突破，物联网服务机器人系统的各项技术难题将会被逐一解决。