前言:
由機器人的發展歷程來看,首先出現的是產業用機器人,在產業機器人技術逐漸成熟之後,開始出現了智慧型機器人的概念與應用,例如太空探險中登陸外星球的機器人、救難用機器人、軍事機器人等等,其中以服務人類為目的,與人類發生密切互動關係,走入人類生活環境中者,我們稱之為服務型機器人。服務型機器人至今已有相當多種類的應用,例如清潔服務、導覽解說、警備保全、家庭服務、照護陪伴等。由於功能單純、價格低廉,第一個真正走入人類家庭的服務機器人是『吸塵機器人』。
機器人的發展歷程:
機器人這個名詞,就跟許多發展中的技術一樣,其定義隨著其技術的發展不斷的變化。就最初而言,『Robot』這個詞首次出現於1920年捷克科幻作家恰配克的小說<羅索姆的萬能機器人>中,原文作『Robota』,後來才成為西文中通行的『Robot』。
阿西莫夫為機器人提出的三條「定律」( law) :
n 第一定律——機器人不得傷害人,或任人受到傷害而無所作為。
n 第二定律——機器人應服從人的一切命令,但命令與第一定律相抵觸時例外。
n 第三定律——機器人必須保護自己的存在,但不得與第一、第二定律相抵觸。
首次出現的即是作為生產用途之產業用機器人,誕生於1961年。到了1990年,一種新的機器人領域開始有長足的進展,那就是自主移動式機器人(Mobile Robot),除了感知環境的能力外,機器人還要有獨立處理感測資訊,並經過特定的策略演算法計算出相對應策略能力;相較於產業用機器人,能夠有自我判斷能力的機器人就可以被區分出來而被稱為『智慧型機器人』。
智慧型機器人就用途上區分,可分為娛樂型機器人、教學用機器人、服務型機器人、伴侶型機器人、救難用機器人等多種用途。從近幾年智慧型機器人發展的方向而言,我們可以找到第三種界定的方法:所謂智慧型機器人乃是為了與人類共同生活、以協助人類為目的而開發的機器人。
從前述兩種機器人的發展歷程看來,我們可以了解到,基於生產或特定任務性的需求,創造出了產業型機器人和智慧型機器人的兩大領域,而服務型機器人則屬於智慧型機器人的範疇。事實上,只有很少數的服務型機器人真正大量的被使用在人們的生活之中,就是由麻省理工學院研發,由iRobot公司生產的吸塵機器人Roomba。
服務型機器人依用途分類,大致有以下幾種:
n 1.清潔服務類
n 2.導覽說明類
n 3.警備保全類
n 4.家庭服務類
n 5.照護陪伴類
n 6.泛用服務類
發展與應用:
1.清潔服務型機器人:擁有最簡單的感測器及運算能力,並且通常只能完成單一且單純的工作。
2.導覽解說機器人:其次簡單的應用類型,與清潔機器人比起來,除了有感知環境並且避開障礙的能力,更必須具備定位的能力;外型不一定有人的模樣,有時候它只是一台自走車,但必須具有傳達給遊客特定訊息的能力,表達能力可以透過聲音、影像等達成。
3.警備保全機器人:基本核心技術在於精確的定位與導航,與導覽解說機器人的需求互相重疊。導覽機器人注重與遊客互動,而警備保全機器人則將重點置於制止罪犯或是對緊急狀況的反應之上。
4.家庭服務機器人:只在家庭中執行一些簡單但多樣化任務的服務型機器人,受到目前技術的限制,這樣的機器人所具備的功能通常不能真正滿足家庭用戶。
5.照護陪伴機器人:此類型機器人是目前服務型機器人領域中技術水準要求最高的一類。擁有遠端監控的能力,更進階的擁有感測危險或緊急狀況的功能,但通常止於感測並發出警訊,未來必須朝向賦予機器人處理這些緊急事件的能力方法去發展。
6.泛用服務機器人:研發的動機通常是技術的驗證。通常擁有人型的構型,所謂『服務』,是指服務人類而言,認為最能完善的在人類環境中服務人類,只有人類而已。
市場概況(舉例):
安川電機(YASKAWA)最新的家庭服務概念機器人。
近年來,日本社會深刻的感受到對於少子化、高齡化而造成人力不足問題的擔憂,同時,人們對於未來的生活也越來越注重「舒適」、「便利」、「安全」等提升生活品質。原本身為產業用機器人大廠的安川電機為了減低業務上的人力負擔以及成本,並且改善人類的生活品質,跨進了非製造業用的服務型機器人領域。
從這種觀點出發,安川電機開發了以服務用途為主的次世代機器人「SmartPal」,並持續的進行機種與性能的改良。本次所發表的「SmartPal V」服務型機器人,除了機能上的種種改進外,更追加了腰部活動機構,使其工作空間大幅的擴大。
改良點:
n 追加腰部活動機構
SmartPal系列的機器人,其腕部、手部、移動平台等等具有完整機能的部分都高度的模組化,使其非常容易加以擴增、變更。因此,可以簡單的組合各種需要的模組,具有能夠柔軟的對應到非製造業領域各種應用的能力。本次的SmartPal V則追加了可以表現彎腰動作的腰部活動機構模組,如此一來,就能夠呈現諸如彎腰拾取地板上物件的靈活動作,同時也大幅增大其可作業的空間。
n 體型的纖細化
與人類共同生活的服務型機器人,必須具備不會給予週邊人類威嚇感的纖細體型。SmartPal V內藏的致動器或伺服驅動器都已經更進一步的小型化,從而達到更加纖細的體型,其軀幹部分的體積更是達到了過去的SmartPal體型1/2的程度。
主要機能:
(1)手臂
為了能夠拿取、運送物品,裝有兩隻手臂,單隻手臂擁有較普通產業用機器人多出1個自由 度的7自由度設計,從而能夠表現與人類相同的靈活手臂動作。
(2)手掌
安裝於手臂的末端,用於直接抓取物品。可以選用1自由度的Gripper形式的手掌,或是3指 共9自由度的多指式手掌。
(3)移動平台
具有能夠在建築物內部自由移動的車輪機構;具備總計三軸的車輪,不管是前進後退、旋轉、或往橫方向、斜方向的平移運動都能自由的呈現。
(4)腰部
本次新添加的腰部模組,是能夠表現出彎腰動作的關節機構。擁有兩個關節
的腰部機構能夠兩段式的彎腰,使機器人能拾取地板上的物品,從而大幅增
大了其可作業的空間。
(5)人機互動機能
具有能夠與人類進行簡單對話的互動能力,從麥克風輸入的人聲經過語音辨
識,再透過喇叭輸出機器人的合成聲音,能夠進行簡單的會話。
(6)環境感知能力
SmartPal V具有能夠認知環境的能力,在軀幹上裝載的CCD攝影機能夠辨識
預先教導過的特定圖樣,並有物體辨識的功能。此外,也具有基本的距離偵
測器,用於定位與避障。
(7)通訊機能
具備與遠端的機器人、操控者或週邊設備交換資訊的能力,透過無線網路,
能使兩台以上的SmartPal同時分工合作。
圖二:左上至下:麥克風、距離感測器、CCD攝影機、距離感測器、喇叭;右上至右下:手臂、手掌、軀幹、腰部、移動平台
項目 |
規格 |
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全高 |
1325mm |
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全幅 |
軀幹 |
212mm |
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移動平台 |
555mm |
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厚度 (深) |
軀幹 |
185mm |
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移動平台 |
613mm |
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重量 |
127kg(含電池23kg) |
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自由度(軸數) |
計21自由度(手臂7*2、手掌1*2、腰2、移動平台3)(註1) |
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手臂 |
上臂 |
φ105*250mm |
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手肘 |
φ105*280mm |
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可搬重量 |
2kg (註2) |
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腰部活動範圍 |
前方125度、後方30度 |
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移動速度 |
最大3.6km/h |
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感測器 |
距離感測器*3、接觸感測器*4 |
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互動機能 |
語音辨識、語音合成、頭部LED |
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環境認知機能 |
CCD攝影機*4 |
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通訊機能 |
無線網路(IEEE802.11g) |
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活動時間 |
連續2.5小時 |
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註1:裝用多指型手掌時全37自由度(手掌9*2)
註2:物品位於通常作業範圍(軀幹前方)的可搬運重量