机器人爱好者（第4辑）pdf/doc/txt格式电子书下载

书名：机器人爱好者（第4辑）pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语：

作者：美国SERVO杂志,符鹏飞译

出版社：人民邮电出版社

出版时间：2017-09-01

书籍编号：30441473

ISBN：9787115461988

正文语种：中文

字数：113875

版次：

所属分类：互联网+-人工智能

版权信息

书名：机器人爱好者（第4辑）

作者：美国SERVO杂志

译者：符鹏飞　等

ISBN：9787115461988

版权所有 · 侵权必究

内容提要

本书是美国机器人杂志《Servo》精华内容的合集。

全书根据主题内容的相关性，进行了精选和重新组织，分为6 部分。第1 部分介绍了机器 人的历史、发展状态以及前景，特别关注了医疗健康机器人、机器人的外貌、机器人的好处以 及科技中的失败的案例分析。第2 部分是介绍了国外的机器人大赛，尤其是RobeGames 大赛 和NASA 举办的机器人竞赛。第3 部分是跟Mr.Roboto 动手做专栏。第4 部分是机器人产品和 DIY，介绍了乐高义肢和Meccanoids 机器人，以及其他一些DIY 部件的知识。第5 部分是制作 树莓派机器人的专题文章，本辑包含了该专题的第一篇（前4 个部分）。第6 部分是全球机器人 领域最新的研究动态和资讯。

本书内容新颖，信息量大，对于从事机器人和相关领域的研究和研发的读者具有很好的实用 价值和指导意义，也适合对机器人感兴趣的一般读者阅读参考。

机器人技术概述——现状与未来

医疗健康机器人

Tom Carroll撰文 李军 译

医疗机器人近年来显著增长，如图1所示。康复性骨骼、家庭医护机器人和遥现机器人，外科手术机器人、智能假体等不断涌现，甚至能够走遍人体的血液循环系统的微小机器人也有了，这些都给全世界的患者带来了福音。当然，这些进步也导致了医疗健康的成本快速增加，但是，病人和医务人员表示，医疗机器人所带来的优点比高成本更加显著。

4年前，我因为前列腺癌接受了达芬奇机器人做的手术，这使得我在手术之后的当天下午就能够下地走路了。

图1 美国正在上升的医疗成本

达芬奇机器人外科手术机器人由Intuitive Surgical公司开发，是目前为止销售额最大的医疗机器人，尽管有一些非常重要的竞争者也开发了很多独特的医疗机器人解决方案。Intuitive Surgical公司最开始的和早期的资金，都来自于美国军队20世纪80年代在战争区域进行远程手术的需求，这种手术甚至需要医生在另一个遥远的大陆操作手术，但是，这一需求在商业医院的应用更加吸引人。达芬奇系列机器人的成功，使得该公司赢得盆满钵满。每一台机器人的售价高达125万美元到200万美元。最新版本的机器人如图2所示。目前，全世界的医院已经配备了超过3000台达芬奇机器人。

图2 Intuitive Surgical公司最新的达芬奇外科手术机器人

再回过头去看一下图1，美国的医疗健康的成本有望超过每年3.5万亿美元。对于那些脑子里有着新的机器人设想的企业家来说，使用机器人作为医疗应用的解决方案是显而易见的事情。观察一下那些成功的公司，医疗机器人似乎是可以进入的一个领域。你一定会这样认为，直到你搞清楚了美国政府和FDA“希望”一名设计师必须要满足的各种条件，才能认证一款医疗机器人。即便你的设计很稳定并且通过了认证，还有排成队的意外伤害赔偿诉讼律师，像一堆饿狼一样在你家门前的台阶上等候着。医疗机器人真的是很难进入的一个领域。

医疗机器人的起步

我想要回顾一下机器人的起步时期以及Joe Engelberger的第一个Unimate机器人。Joe和他的合作伙伴George Devol奋斗打拼了很多年，才研制出这一款机器人。今天，Joe Engelberger之所以以“机器人之父”而闻名，就是因为他在这一产业的发展中做出了非常多的贡献。在1997年《彭博商业周刊》对他的一次采访中，Joe Engelberger说他更希望作为“家用机器人之父”而被人们记住。他说：“常识告诉我，家用机器人最终的市场将会比工业机器人更大”。

我曾经有机会和Joe一起吃午餐，并且在新墨西哥州的Albuquerque举办的国际个人机器人大会（International Personal Robotics Congress）上和他交谈（如图3所示）。他对于我在太空机器人领域的工作很感兴趣，但是，他的更多工作“落到了实地”，即开发一款切实可行的家用机器人以辅助老人，这些也更加令我感兴趣。这样的机器人（无论是太空机器人还是医疗机器人）的设计者正在崛起，并且在让一款真正具备功能的家用机器人成为现实方面，Joe处于领先的地位（而我的设计则要晚十几年才出现）。

图3 Joe Engelberger和本文作者1984年在新墨西哥州Albuquerque的IPRC上

尽管Joe Engelberger现在已经90岁了，但早在20世纪80年代和90年代早期，他就观察了自己年迈的父母以及他们所需要得到的帮助。他意识到了机器人的一个全新的领域，尽管他的第1款产品是以医院为目标的向导机器人。

第1款医院向导机器人

在介绍Joe Engelberger的更多的个人类型机器人之前，我们先来介绍一下他的向导机器人，也就是如图4所示的Helpmate机器人。这款机器人设计为在医院中发放药物、食物和给人们指路。这款机器人在1984年早期开始由Engelberger所组建的Transitions Research公司开发。该公司最初是负责NASA Small Business Innovation Research（SBIR）授权的一家智囊公司，其最初的概念性设计是针对轨道机器人的。

图4 Pyxis药品机器人（Helpmate）正在给护士站发放药品

1997年，Transitions Research公司更名为HelpMate Robotics机器人，以强调其新产品专注于能够帮助人们的机器人系统。1999年，位于加州San Diego的Cardinal Health—Pyxis公司收购了HelpMate Robotics，并且他们还获得了HelpMate机器人的所有权利。15年前的这一事件尤其引人注目，因为这是机器人产业之外的风投公司第一次进入该领域。

HelpMate机器人设计为在整个医院和其他医疗机构中自主地导航，并携带食物托盘和医药供应设备。每一个机器人通过编程，可以从医院中的一个位置去往另一个位置，而独立于人类的控制，包括搭乘两层楼之间的电梯。

地板上并没有引导电线或轨迹，重达272千克的机器人能够承载91千克的物品。它使用超声波传感器和其他的传感器，以及内存中的一个地图，在医疗机构中查找行进路径。

一位医院人士在几年前曾告诉我，Helpmate设计精良，易于编程和使用。机器人有转向信号灯、紧急碰撞缓冲装置，以及一个紧急制动按钮，当机器人似乎失去控制的时候，它身边的人可以按下该按钮来制动。最初的视觉系统是一个反射的结构性灯光装置，并且机器人上的相机能够检测到地板上的光线，从而当要碰到物体的时候决定如何改变路线并绕开它们。在距离地板15cm和45cm处，有两个红外线检测器，也可以检测到干扰的物体，但是，随后它们被激光扫描器检测物体的方法所取代。

据报道，曾经有100台以上的Pyxis HelpMate机器人在世界各地的医院里工作，为护士和医务人员提供帮助。

老年人护理机器人

没有销售出去的机器人在库房里呆了几年之后，有几个HelpMate机器人经过改造，作为大学试验室里的LabMate而卖掉了。甚至有些HelpMate机器人改造后用来在家庭环境中照顾老年人，例如，图5中左边所示的机器人，这是Canadian公司的PALS机器人的一个原型。注意，它的底座和HelpMate机器人是相同的。

Joe Engelberger自己构想的一款照顾老年人的机器人如图6所示。你可能注意到了，该机器人有两个胳膊，这和Engelberger最初的公司Unimation所协助开发的、流行的Puma机器人的胳膊很相似。这些胳膊都有关节，和人类的胳膊相似。

图5 PALS机器人的原型和HelpMate机器人站在一起

图6 Joe Engelberger的双臂家庭服务机器人

老年人的家用个人助理机器人

当然，任何像达芬奇外科手术机器人这样的、需要进入人体并且切除一些身体组织的机器人，都需要经过美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）和众多其他的政府部门的严格的审查和认证。使用这些类型的机器人的外科医生，还需要经过很长时间的培训。

然而，基于家庭的个人助理机器人是由一位需要得到协助的老年人来操作的，或者是由家中的一位未经训练的助手来操作的，这给潜在的公司所带来的责任是很可怕的。这意味着，特别是这些机器人可能需要在家中为人们提供身体上的协助。这一事实导致了很多潜在的企业家后退了一小步，等待并观望是否有其他人进入这个领域并生产出一款个人助理机器人，从而能够增强老年人生活的独立性。

我们来看看最新的调查数据，在2013年，在美国生活的65岁以上的人或者更大年龄的人有4470万（2013年收集这样的数据的最近的一个年份）。如果这个群体中有10％能够购买一款机器人来协助他们的日常生活的话，那么机器人的数量将会超过400万，这是一个巨大的市场。和设计来辅助残疾人的机器人相比，老年人通常有类似的体力上的需求。为这个群体设计的辅助机器人，只需要一个单一的设计，并且为购买者配备可能的附件和升级服务。

熟悉我的朋友都知道，我长期以来都对于开发一款个人助理机器人从而可以让老年人保持自己的独立性很感兴趣。在20世纪90年代，我还居住在加州的Long Beach的时候，我在一家养老院采访过很多老年人，采访的主题就是让一个机器人来帮助他们的可能性。正如你所想象到的，有些人实际上表达了这样的想法：“我不想让一些机器围着我转”，或者是“如果机器人发怒或发狂了怎么办”？

有些人一开始非常担心机器人助理在他们身边。另一些人则有一种相反的感觉，例如，“我每个月要给养老院支付一笔费用，花同样的钱，我可以有一屋子的机器人助理”（事实上，可真不是这样的）。在我采访的人当中，他们都有一种很强烈的感觉，即“我曾经能够待在家里自己做所有的事情并且保持独立性。而现在，我只是需要一小点儿帮助而已”。

在美国，住养老院的月均花费是3600美元，这远远高于大多数老年人的平均社会福利金收入。如果高端的个人助理机器人的花销只是养老院的年花销（43 200）美元的一半，那么，机器人只需要工作一年，人们为购买机器人所支付的费用也就值了。

机器人社交将会很快实现

最近的新闻报道中的一款独特的机器人是Jibo，这是由Cynthia Breazeal设计的机器人（图7是Breazeal博士及其软件架构师Jonathan Ross的照片。Breazeal在创业开公司之前，是麻省理工大学的媒体艺术和科学的助理教授，也是个人机器人组的主任。Breazeal的“艺术与科学背景”曾经让少数人感到迷惑，直到他们意识到，她的学位是UC Santa Barbara分校的电子和计算机工程硕士以及MIT的电子工程和计算机科学硕士和博士。

图7 Jibo的创始人Cynthia Breazeal和软件架构师Jonathan Ross，以及一个Jibo原型

Breazeal最早因为Kismet（如图8所示）而成名，并由此奠定了她在社交机器人设计方面的领导者地位。这款机器人是她的博士研究项目。

Jibo以世界上第一款家用的社交机器人而知名。在图7中，Jibo的照片并没有准确地展示出这款令人惊讶的机器人。你必须实际地看看这款机器人，才能够真正理解它看上去是什么样的，以及它如何移动和发声。是的，移动和说话。它可不是一个放在桌上的半圆体的镜子。它能够在几个方向上移动，貌似空白的脸上有一个视频屏幕，还有两个视频相机，在半圆体的较低的位置有一个放置扬声器的洞。说实话，Jibo真的很具有人性。

图8A　Cynthia Breazeal和她的博士研究课题Kismet

图8B　社交性的Kismet机器人脑袋

Cynthia及其团队已经对Jibo进行了好几年的优化，依赖于她在大学的工作经验，以及她的团队所制造的“家庭的新成员”。她很快在众筹平台Indiegogo上将自己的目标从10万美元提升到数百万美元，这主要是因为她在机器人领域中有着令人惊讶的履历。一款基本的Jibo的价格为499美元起，针对开发者的版本价

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