家庭服務機器人不只是「智能手機+殼」

03-28

目前全球的服務機器人產業還處於起步和探索階段，市場化程度不高。但是，隨著技術的進步，近幾年服務機器人的發展開始加速。而「家庭」作為服務機器人一個典型的應用場景，市場前景巨大。

目前，家庭服務機器人可按功能分為3類：陪伴機器人(Companion Robots)、家務機器人（Robot Servants）和生活輔助機器人（Living Assistant Robots）。這裡結合各類機器人的代表產品為大家介紹一下它們各自的功能和發展前景。

陪伴機器人

陪伴機器人往往在家裡充當「家庭成員」的角色，它們擁有討人喜歡的外形，具備「人機交互」、「聊天」、「模式識別」等功能，為家庭提供教育、陪伴、娛樂等服務。

陪伴機器人是目前市場上比較常見的家庭服務機器人。這裡主要介紹在CES2017最受關注的由法國藍蛙機器人公司（Blue Frog Robotics）開發的「Buddy」機器人及其所用的技術。

法國藍蛙主要研究陪伴機器人，2016年10月推出Buddy。這款機器人不僅外形可愛，而且功能強大。從早上叫醒、開燈，到接聽電話、與家人一起做遊戲等功能都可實現。主人外出時，Buddy還可以在房間里四處巡視，一旦發現可疑情況立即向主人發出警示，起到「安保功能」。同時，主人也可通過手機App控制機器人巡視路線和位置。

https://www.zhihu.com/video/929793381920518144

從結構上看，Buddy身高560mm，體重約5kg，頭部裝有嵌入式平板電腦，全身裝有攝像頭、測距儀、熱感測器等多種設備，底盤還帶有3個輪子。另外，由於Buddy採用模塊化的機器人平台，可增加配件，擴大功能。

Buddy的程序是開源的。它使用了目前比較流行的開發工具，如OpenCV（開源計算機視覺庫的一種）和Unity3D（三維遊戲平台開發的一種），並開發了一整套完整的API（應用程序介面），以方便全球的開發者共同開發和應用。

2016年，Buddy正式上市。由於價格比較親民，經典版售價也只有699美元，比iPhone手機的價格還要便宜，業內對它的關注度極高。然而，從用戶的評論來看，體驗沒有預期的好。據MIT Technology Review分析，Buddy語音識別效果較差，而且在燈光較暗的環境中對人臉識別率也偏低。

不過，隨著人工智慧技術的進步及其在機器人領域的應用，相信Buddy的語音識別和人臉識別功能以後會得到逐步提升。

家務機器人

想像家裡有一台任勞任怨的家務機器人，能一天24小時不知疲倦的幫你收拾房間、洗衣做飯，甚至干跑腿的事兒，是不是很美好？

然而，目前能做家務的機器人大多是具有特定單一功能的機器人，比如掃地機器人、割草機器人、擦窗機器人等。多功能的家務機器人是否能成為現實？

實際上，作為研究家務機器人的先驅，美國的著名機器人公司Willow Garage在2010年推出了供科研機構研發使用的平台PR2 (Personal Robot 2)。隨後，加利福尼亞大學伯克利分校發布了用PR2機器人疊毛巾的演示視頻，引起了轟動。PR2機器人通過視覺多角度檢測毛巾的邊角，將未提前識別並隨意擺放的毛巾進行抓取、摺疊、平放等一系列的動作。

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在疊毛巾視頻發布後，很多實驗室開始了對家務機器人的研究。下圖是康奈爾機器人學習實驗室（Cornell Robot Learning Lab）所做的機器人開燈的演示。在這個演示中，機器人從來沒有開過燈，但是它曾經打開過直流電源的開關。因此，它將開直流電源的動作轉移到開燈的動作上，自己學會了開燈。

這是德國卡爾斯魯厄理工（Karlsruhe Institute of Technology）的ARMAR機器人在做家務。

這是PR2機器人從冰箱裡面拿取飲料的動作。

以上可以看出，雖然家務機器人能做一些簡單的家務，甚至可以學習做家務，但是功能還比較有限。特別是機械臂抓取（Robotic Grasping）等問題在學術上尚未被完全解決，所以一個能做所有家務的通用機器人是不太現實的。不過，特定幾件家務，並根據功能要求設計研發多功能的家務機器人還是很有可能的。另外，機器人本身也向著外形更加輕巧、交互更加安全、運動更加敏捷的方向發展，相信不用多久我們的家中就會出現幫助做家務的機器人。

生活輔助機器人

家庭服務機器人的終極目標是不僅能做家務，還能輔助人類的生活。汽車巨頭豐田將這類機器人稱作「生活輔助機器人」（Human Support Robot），並進行大規模的研發。

豐田在2012年發布生活輔助機器人HSR的樣機，目前還在日本國內還處於測試階段，計劃2020年大規模生產。HSR的目的是將其作為老年人或者殘疾人的生活助手，讓機器人能夠在家中與人共處並輔助人的生活。

根據豐田官方的介紹，HSR有三個主要特徵。第一，身體和手臂輕巧、移動方便。由於HSR可以調整身體和機械臂的高度，可以完成多種作業內容。第二，安全交互。為了增強交互時人的安全，機械臂具有柔性關節，同時機器人具有避障和碰撞檢測功能。第三，交互簡單。用戶可通過手持平板電腦的觸摸屏發送簡單的指令，操控機器人。

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HSR軀幹可伸縮，身高最高可達135cm。底盤採用萬向輪，方便機器人往任意方向移動。頭部帶有RGB-D攝像機、顯示器、話筒等裝備。機器人手臂採用柔性關節，其手部採用二指鉗子和吸盤結合的方式，二指鉗子完成普通物體的抓取，吸盤完成薄片物體的抓取。另外，HSR的軟體系統也是基於ROS(Robot Operating System, 機器人操作系統)開發的。

由於生活輔助類機器人對技術和安全性的要求較高，HSR還處於研發階段。從豐田發布的介紹和視頻來看，HSR目前還只能完成簡單的生活輔助。

家庭服務機器人的未來發展前景

雖然市場上出現各種類型的家庭服務機器人，但是受技術和成本的限制，目前該產業尚處於起步和探索階段。

在資本的驅動下，全球掀起了機器人研究熱和投資熱，機器人的技術也隨之迅速提升。在硬體方面，高解析度的RGB-D攝像機、激光測距儀、高功率密度的機器人驅動器、伺服電機、高精密的減速裝置等不斷出現，價格也逐漸降低。而在軟體方面，ROS正在大規模普及並逐步完善，越來越多的開源程序的集成，使得開發機器人成本大大降低。另外，隨著人工智慧技術在機器人領域的應用，機器人會也在變得越來越智能。

未來，技術瓶頸和成本門檻還將不斷降低，家務機器人可從簡單的功能做起，逐步完善功能，獲取新的突破。