Service Robotics
The integration of computer and human activities has allowed computer science to
push the boundaries of technology and today there are more than 6.5 million integrated units in use worldwide in 2007. This figure, as seen in 2008 edition of World Robotics report, and is estimated to rise to 18 million units by 2014. Accordingly, the subset of home service robotics is expected to have 18 million robots by 2011.
The development of service robots started in the late 1950s and early 1960s with the fist industrial robot known as Unimate designed by George Devolop and Joe Engelberger. Joe also designed Unimation and was the first to market with this machine, earning him the title of “Father of Robotics.” By the 1980s, modern industrial arms had already increased their skills and performances through microcontrollers and modern programming languages.
These advances were achieved thanks to large investments in automotive companies. Since its beginnings, robotics has been limited to very small and isolated areas apart from the automotive industry, such as the defense or space sectors. In the past decade, because of the economic boom of the 1990s, this has extended into some of the fastest growing fields such as aviation and pharmaceuticals.
With its tremendous growth and widespread use in most prosperous sectors, the production of robots has been optimized, resulting in a significant reduction of costs. It is encouraging that robots have extended to several sectors: construction, agriculture, tourism and ITC among others. A wide range of robots aimed at this particular area is also being developed and marketed at the same time as the industrial ones.
Expectations are high because of a number of factors. These include a robust public acceptance of the first commercial robots, the wide acceptance of IT in general, and familiarity of the population with robots in the workplace, along with a sufficient level of technology at an affordable price. All the evidence implies that robots will become common, and having multiple robots in every home will be as frequent as finding several computers in the same house.
Service robots do not have a precise definition; however, the International Federation of Robotics decided to define them as “robots that work in an autonomous or semiautonomous way to develop useful services, oriented to the well-being of humans and work teams, excluding the repetitive or tedious tasks.” The International Service Robot Association defies service robots as “machines that interact and think with the objective of increasing the abilities of the human being and his productivity.” Both definitions have some intrinsic ambiguity, but are the best found in the current literature. For instance, could an industrial robotic arm be considered a service robot? It is an open question to be answered by applying the definition of a robotic platform rather than from only a technological perspective.
Kawamura et al. preferred to define service robots as “sensor-based mechatronic devices that perform a useful service in the activities of humans.”
According to this definition, service robotics stand somewhere between industrial robots and space robots.
The EUROP distinguishes fie areas of application to classify the different types of robots:
bull; Industrial: Work, partner and logistic robots.
bull; Professional Service: Work, collaborator, logistic, monitoring, exploration and
education robots.
bull; Domestic Services: Staff, logistic, monitoring and education robots.
bull; Security: Staff, logistic, monitoring and exploration robots.
bull; Space: Work, collaborators, logistic and exploration robots.
Currently, robots are being developed for most human environments, and they are becoming generally available because of price reductions. Therefore, the new category of personal service robotics can be analyzed. The following subsections categorize them and give the most representative examples based on the market, the science and the authorrsquo;s subjective criteria
Cleaning and Vacuuming
The main part of the personal robotics market share is held by the vacuuming robots of IRobot. They are the best example of how an application can push the limits of manufacturing and devise a robotics solution to a common problem. The following examples show three different approaches to the same problem.
Roomba and Scooba
The Roomba series is the biggest product line for robotic vacuuming within a private home. Its robots, from series 500, are focused on the house environment and are the best selling service robots with approximately seven million units sold. They have become more and more autonomous over recent years, and with more characteristics. Nowadays, IRobot also has the 600 series for inmotic and industrial environments.
These robots clean up to four rooms in a pseudorandom way, which is an effective compromise between cost and reliance on artificial intelligence, show a Roomba 563 Pet series and the Scooba
ICreate has also been developed for the US market, which is the research platform
for IRobot
Notes About Development with Roomba Robots for the Digital Home
I Communication protocol
Given the advantages offered by UPnP, this was the protocol chosen for service robots such as Roomba. UPnP works with an architecture that provides point-to-point connectivity to give users the possibility of automatically obtaining dynamic IP addresses.
II Microsoft Robotics Developer Studio and Player/Stage in the IRobot Roomba case The processes performed by robots require constant interaction between software
and hardware elements, so it is often necessary to combine the knowledge of both to carry out the development. This can be ac
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服务机器人
计算机和人类的活动逐渐地融为了一体，而且这种结合使得计算机科学极大地推动了技术的发展，在2007年有超过650万台小机器人在全世界得到了使用。这一数据表明了这样一种发展的趋势，正如2008年版的世界机器人技术报告显示的那样，预计到2014年这一数据将上升至大约1800万。照着这种趋势发展下去的话，预计在2011年小型化的家庭服务机器人的数量将会达到1800万个。
服务机器人的发展开始于20世纪50年代后期，并且在20世纪60年代的前叶，由乔治和乔两人设计的第一台被称为通用机械手的工业机器人问世了。乔还设计出了通用机器手机器人的生产线，并且使他的通用机器手机器人成功地打入了市场，为此他赢得了“机器人之父”的称号。进入到了20世纪80年代，在微控制器技术和现代编程语言大发展的环境之下，现代化的工业手臂在技能和效率方面都得到了很大的提升。这种巨大的进步都要归功于在汽车行业的大量投资。从机器人发展的历史来看，除了汽车工业之外，机器人一直都局限于非常小的和孤立的领域，如国防和太空领域。在近十年来，伴随着20世纪90年代经济的大繁荣，服务机器人已经扩展到一些增长最快的领域，如航空和药品。
伴随着机器人工业巨大的发展，加上它在最有前景行业的广泛使用，机器人的生产也进行了优化，这些导致了机器人生产成本的极大减少。更令人振奋的消息是，服务机器人已经扩展到了这样几个领域：建筑、农业、旅游和美国国际贸易委员会。随着工业领域机器人的市场化和极大地发展，同时众多类别的旨在服务这个特定领域的机器人也得到了同样的发展。
由于很多的原因，服务机器人的发展被给予的期望很高。这些原因中就包括了公众对第一台商业机器人的广泛接受，电子信息技术被人们广泛的接受，在工作场所大众对机器人流行的熟悉，以及在一个合理可接受的价格基础上机器人高水平的工作效率。所有的这些证据都表明了机器人将变得更加普遍，而且在每一个家庭同一个房子，有多个功能不同的机器人将会变得很正常，就像每个家庭的同一间房子里会有多个电脑一样。
虽然服务机器人到目前还没有很准确的定义。但是，国际机器人联合会决定定义服务机器人为：“服务机器人是在一种自动或半自动的工作方式下提供有用服务的，这种服务是基于人类的福祉和工作团队的，并且服务机器人在这种服务中排除重复或乏味的任务。”国际服务机器人协会定义服务机器人为：“服务机器人是这样一种机器，这种机器在客观的增加人类的能力和生产力中与人类交互并且独立地思考。”这两种定义都有一些固有的模棱两可性，但它们却是在当前文学中发现的最好定义了。我们来打个比方吧，比如说这样一个问题：工业机械手臂可否被认为是服务机器人呢？这个问题本应是一个开放的问题，却只能通过应用服务机器人平台的定义来回答，而不可以从技术的角度来看待这个问题。
Kawamura等人更倾向于定义服务机器人是这样的：“服务机器人是这样的传感器设备，这些传感器设备在本应属于人类的活动中提供了有用的服务。”根据这个服务机器人的定义，我们可以做这样的设想：服务机器人在工业领域的机器人和太空领域的机器人之间搭建了一个桥梁，使这两者之间有了某种联系。
欧洲人区分出了服务机器人5个不同的应用范围，基于这5个不同的应用范围他们把服务机器人分为了不同的类型：
（1）工业领域：工作、搭档和物流的机器人。
（2）专业服务领域：工作，合作，物流，监测，勘探，教育的机器人。
（3）家庭服务领域：人员、物流、监控和教育机器人。
（4）安全领域：人员、物流、监控和探索机器人。
（5）太空领域：工作、合作者、物流和探索机器人。
目前，在人类的大多数工作或家庭生活的领域，都已经可以看到服务机器人的身影了。在开发服务机器人的过程中，而且也因为降低了价格，服务机器人正变得越来越可用了。据此，新类别的个人服务机器人便可以被分类出来了。下面的一些更小的分类便可以包括这些新的服务机器人了，并且基于市场的原则，同时也基于科学的和作者主观的判别标准，我们可以给出最具代表性的例子来代表这些服务机器人。下面我将为大家介绍一下其中的几种服务机器人。
个人服务类
清洁和吸尘
个人服务机器人市场份额的主要部分由吸尘服务机器人IRobots占据着。一个简单的服务机器人应用如何才能摆脱掉工业生产制造的限制，并且设计出自己独特的解决常见问题的方案。在这一方面它们是最好的例子。那么下面的这些示例展示了针对同一种问题的三种不同的解决方法。
伦巴和斯科巴吸尘机器人
在家庭住宅服务机器人领域，伦巴系列吸尘机器人是其中一个最大的生产线。在它所生产的服务机器人中，从500系列的机器人开始，都是专注于家庭环境的，并且它最好的销售量大约是700万，这使得它成为最畅销的服务机器人。近年来它们已经变得越来越自动化，并且具有了更多的特征。如今，服务机器人IRobots也有了基于工业环境600系列的服务机器人。
这些吸尘的服务机器人是以伪随机的方式清理房间的，选择伪随机的工作方式是基于这样一种考虑：这就是对人工智能的依赖和成本之间的妥协，这种妥协是效率的妥协。如图所示显示了563的伦巴系列和563的斯科巴系列的吸尘服务机器人。
ICreate也一直是基于美国市场的需求所开发的一款服务机器人，换句话说就是ICreate是IRobot服务机器人的研究平台。
在数字家庭中，有关发展伦巴服务机器人的一些小建议。
（1）通信协议
考虑到UPnP协议所提供的优势，UPnP协议是发展服务机器人协议，例如伦巴系列的服务机器人所采用的通信协议。UPnP协议通过这样一种架构工作，这种架构为用户提供点对点的链接，而这种链接为自动获取动态IP地址提供了可能性。
（2）微软机器人开发者工作室
在服务机器人工作的过程中，这一过程需要软件和硬件元素之间不断的互动，因此常常需要结合不同领域的知识来进行服务机器人的开发工作。而这一工作这可以通过仿真技术来完成。微软机器人开发者工作室是一个开放的平台，这一平台可以帮助完成这些任务。在控制和仿真两个方面，开发者们提供给伦巴系列的服务机器人两个不同的平台。
自动化地板清洁机器人
正如上面的小部分段落叙述的一样，伦巴系列服务机器人的导航算法是伪随机的。为了避免不干净的斑点出现以及减少操作的时间，在上市的新产品中，服务机器人已经改进了导航的算法和它的系统。Mint服务机器人是这两个机器人中的一个，我们将在第一节中对Mint服务机器人进行描述。
Mint服务机器人的导航算法来自北斗星导航，这个算法使得这个服务机器人比IRobot服务机器人的导航平台更加的高效率。但是，Mint服务机器人也可以打扫地板，因此它也可以符合最终用户的预期，如果他或她的家庭有一个木制地板的话。
清洁方案
在竞争日益激烈的吸尘器服务机器人市场中，另一个选择是考虑Yujin吸尘机器人的解决方案。在Yujin吸尘机器人的解决方案里，它采用了一个低成本和不同智能的解决方案。真空吸尘器IClebo的平台就是采取此种方式的可行替代品。
IClebo Home服务机器人和Robot服务机器人的技术是一样的。但是，智能IClebo服务机器人对于IRobot和Mint服务机器人两者来说，它真的是一个更强大的替代品。这些产品的缺点是它们的尺寸和重量，但根据使用来看，对于有一个大的污垢沉积室的家庭来说智能IClebo服务机器人将是一个好的选择。
泳池清洁机器人
另一个有趣的应用，是在自动清洗游泳池的工作中。不同的服务机器人制造商用几乎不同的方法在这个领域竞争。拥有泳池流浪者号Aquabot服务机器人的Aquabot工业制造商，它是另一种可选的替代品。
绿色，农业和修草机
第二最受欢迎的家庭机器人应用是草坪修草的工作。正如真空吸尘机器人一样，修草服务机器人提供的服务都是基于一个具体的应用。草坪修草服务机器人背后的机器人平台的基础设施，和吸尘服务机器人的系统是类似的，但草坪修草服务机器人是专为户外工作而设计的，这些区别可以通过这样的比较得出：比较伦巴系列机器人和修草机器人的系统建模语言的示意图。帮助修草的服务机器人去适应工作的区域以及这种标记的出现，是修草服务机器人最主要的限制。现代化的服务机器人对环境更加的敏感。传感器和定位系统让修草服务机器人在工作区域内自主导航。在这个小型化的服务机器人类别中，所有解决方案的共同点就是：为了避免伤害到人或动物的安全系统出现了。
尽管，服务机器人在家庭和智能城市领域已经有了不断增长的巨大市场，但是在农业生产工作的自动化机械应用中，各种各样的研究仍就继续着。
绿色的生命科学
IRobot机器人制造商和其他制造商一样，也开始考虑将高效地能源管理作为他们产品的一个重要特点。由服务机器人制造商的财团设定的统一的DH标准，类似于看到的欧洲人的努力一样，也是应用于相同的问题当中，然后发现相同的解决方案。当然这个挑战是巨大的，但是对于任何机器人制造商来说，要想在家庭现代服务机器人的市场中，寻找一个机会这是必须要做的事情。
家庭个人机器人助理
虽然家庭服务机器人助理还不是主流，但是不同的个人家庭机器人的应用需求开始于这样一种情况，这种情况就是一系列的私人和公共的自发的研究工作。与任何一种类型的社会技巧一样，服务机器人平台必须这样去做，就是设法与人类在非结构化的环境中交互，服务机器人已经这么做了所以就取得了成功。这些服务机器人的平台是人性化的，而且研究人员正在试图开发这样一种平台，它会最终取代人力总监或女仆。研究人员也开发一些具有互操作性的软件服务，最终是为了让这些软件服务和任何一个家庭服务机器人平台相匹配，这些平台基于DH的统一协议，具有了能量管理和定位的功能。下一代的机器人平台是实现这个最终目标的正式尝试。
示例
从Willow Garage发端的个人机器人，个人机器人二代PR2是一个研究和教育的机器人平台。个人机器人二代的一个主要特点是它使用ROS系统。它已被用于自动充电墙中，而且也出现在这样实验中：在一所房子里尝试在不同的非结构化场景里重现。
相信在不久的将来，结合降价这一因素，可能会有一个更有趣的个人家庭机器人的选择。从未来机器人报告中可以看出，这些可能成为现实，在餐馆、博物馆将看到机器人助理。
Sacarino项目已经使用在DH统一财团的具有互操作性的努力中。
此外，这很自然地让人想到这样的例子，提到本田的Asimo以及和它类似的解决方案，这些解决方案是关于两条腿的机器人的，这些两条腿的机器人包括从Pal机器人发端的Reem-B和其他种类的机器人。
Asimo将需要整本书的篇幅的介绍，由于其公司的价格政策，Asimo不能适应于家庭机器人的市场。
家庭机器人的互操作性：DH统一的服务
在网络环境中，软件服务在家庭机器人助理方面有自己的作用。数字家庭统一标准是一个由奥维耶多大学的英基尼，塞维利亚大学的达芬奇，卡帝夫和默威波提斯所共同发起的倡议，其目标在于实现一个基于DHC协议和UPnP协议的虚拟设备，这种设备带有互动操作性。它可以提供这样几种服务，这样的服务可以帮助一个机器人与其他的机器人协同工作，尤其是在家庭和楼宇自动化服务方面协同工作。例如，基于DHC协议的DHC集群，DHC能量，DHC智能，DHC定位，DHC安全和隐私的位置服务等。
远程呈现，远程协助和机器人健康服务
远程呈现的概念，在现代研究和市场应用中得到了发展和普及。它反映的其实是这样一种需求，就是在同一时间里我们可以出现在两个不同的地方。加上带有机器人移动性的ITC的能量，这些都帮助了使用者，在借助网络搭建的电子操控平台的环境下远程地出现和做出动作。下面是这样的平台的三个例子。
成本最高效的远程呈现的选择是Rovio Wow-Wee。这是因为它是一种廉价的替代方案。但是，它包含了一个基于红外线视觉识别系统的室内导航系统。它的机器人轮子是多方向的，在汽车行业中，它可以与一个4times;4矩阵相提并论。它的主要弱点是，它没有一个和人脸差不多高度的摄像头。然而，它的移动相机试图满足它的这种需要。
我们先不去理会这种机器人的价格，单是能够辨别出任何一个机器人的远程呈现的解决方案这一点就很有趣。
最后出场的备选机器人是Rovio机器人的竞争对手，Spykee机器人。
娱乐
当机器人开始被用作娱乐工具或表演魔术时，机器人的自动性就已经被使用了。在数字家庭中，现代化的娱乐机器人应用是与机器人玩具是相关联的。此外，研究人员已经开发出了足够智能，并可以与主人进行交互的平台。研究人员也为成年人发现并开发出他们喜欢学习如何使用它们的小机器人，而且这些年轻人知道了怎么样才能开发出更多受欢迎的机器人。当然，还有其他的娱乐机器人，比如购物中心里的服务机器人，影院里的服务机器人等等。但它们都超出了这本书所讨论的机器人的范围。
游戏
在娱乐和辅助的技术方面，有
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