服务机器人关键技术分析

前言

  回顾2014年刚进入服务机器人行业，我们公司接的第一个订单是10台送餐机器人，那时候我和搭档都是刚刚研究生毕业，我们以伙伴公司的名义招了一位嵌入式工程师和一位机械结构设计工程师。无知者无畏，我们就这样开始了服务机器人的探索之路。
  那时候，互联网上有关服务机器人设计参考的资料很少，都是一些理论性的论文，而且服务机器人模块的解决方案都没有,底盘、外壳、触屏显示屏、表情、交互app、服务器软件、控制端软件,嵌入式软件都需要从零开始搞。现在7年多时间过去，服务机器人的模块不断地出现和成熟，这个行业正在快速发展着。

关键技术分析

  服务机器人是一个非常复杂的软硬件系统，虽然行业技术已经得到了长足发展，可目前还有很多技术急需解决，下面我们来分析一下服务机器人的关键技术。

1. 定位导航

  定位导航是服务机器人的最基本功能，目前实现定位导航一般都是使用SLAM技术，SLAM (simultaneous localization and mapping简称SLAM)即时定位与地图构建，通常指的是机器人通过安装的各种传感器采集的数据做数据融合计算，生成对机器人自身的位置姿定位和场景地图的系统，SLAM技术用于解决机器人知道自己在哪，接下来应该走去哪的问题。
  目前常见的机器人SLAM系统可分为两种形式：基于激光雷达的SLAM(激光SLAM)和基于视觉的SLAM(V-SLAM)。现在大家用的基本都是激光SLAM，可单靠激光很难满足复杂场景下的应用，所以多传感器融合才是未来的方向。V-SLAM现在也有一些公司和高校在做这方面的研究，目前基本停止实验室阶段和商用测试阶段。
  涉及到激光SlAM的方案企业有：SICK、HOKUYO、思岚科技、镭神，星秒科技等。涉及视觉SLAM方案的常用厂家：小觅智能、奥比中光、速感科技等。

2.语音交互

  基于语音的人机交互是服务机器人交互的最主要表现形式之一，它主要解决以语音作为信息载体，让机器人具有像人一样的“能听会说”的能力，降低使用门槛，且能够解放双手双眼的问题。目前语音识别和语音合成技术已经基本到达实用的水平，可自然语言处理（机器人根据场景应该回答什么）还是不够智能，不够人性化。自然语言处理技术还是需要很长一段路走，还有图像识别技术发展也会对语音语义交互领域形成补充，例如识别人的表情还有判断这个人是否真的在跟机器人对话。
  目前部署语音交互技术的公司有科大讯飞、思必驰、百度、云知声等，目前绝大多数的服务机器人厂家都是使用科大讯飞方案。

3.图像识别

  图像识别技术对服务机器人来说意义重大，图像识别技术可以让机器人拥有一双灵敏的眼睛，通过机器人身体安装的摄像头，以实时视频流式传输方式将图像数据传递到图像识别服务器，服务器通过核心的机器视觉算法对数据进行分析处理最终反馈回来结果，机器人前端根据反馈结果去做对应的响应。目前图像识别会受到光照环境，视频抖动，装饰物等影响。如果把图像处理服务器放到云端，对网络宽带和响应速度要求非常高，如果把服务器放在机器人本地，性能，成本，能耗也是需要考虑的因素。
  目前服务机器人用的图像识别算法方案商：旷视科技，ArcFace、百度、商汤科技等。

4.多关节运动

  多关节运动模块增强了服务机器人的移动和运动属性，服务机器人多关节运动涉及到仿人腿部多关节运动、手臂多关节运动、头部多关节运动。目前国内仿人腿部多关节运动处于非常初步的阶段，只有优必选的walker真正实现了基本正常走动的功能，大家平常说的多关节运动一般还是手臂的多关节运动。手臂的多关节运动一般是使用舵机，特别是大臂对舵机的扭力和材料要求非常高，前几年一般都是用国外的舵机，可经过这几年发展，国内已经有企业掌握了服务机器人专用舵机的技术。
  目前有关这方面的国内企业有：CloudMinds，优必选，因时机器人、飞特舵机、康力优蓝、今甲机器人等。

5.控制大脑

  控制大脑是服务机器人的灵魂，涉及到芯片、操作系统、AI算法。目前服务机器人所用的芯片正在从通用芯片向深度神经网络专用芯片方向发展，专用芯片又称为人工智能芯片、神经网络芯片等，目前专用芯片有两种思路，一种以智能算法为主线，一种以仿生为主线。服务机器人操作系统是用于机器人的一种开源操作系统或次级操作系统，是为服务机器人标准化设计而构造的软件平台，提供一系列用于获取、建立、编写和运行多机整合的工具及程序。交互触摸显示屏大家几乎都是用安卓系统，底层算法系统一般是用ROS系统，目前国内也有一款针对服务机器人应用的操作系统Turing OS。AI算法包括定位导航算法、语音交互算法，图像处理算法，自主决策算法等。控制大脑的技术门槛非常高，需要投入的资金比较大，国内都是大公司在部署这块的相关技术。
  涉及到相关公司有：寒武纪、科大讯飞、百度、商汤、旷视科技、瑞兴微等。

后续

  我是一位商用服务机器人的从业者，我会把对服务机器人这行业的想法、发展趋势和在工作中遇到的问题和解决方法分享出来。
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