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文檔簡介
1、<p> 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)</p><p> 題目 :家用學(xué)習(xí)機(jī)器人在智能機(jī)器設(shè)備發(fā)展中的</p><p> 應(yīng)用研究(論文)家用學(xué)習(xí)機(jī)器人(設(shè)計(jì))</p><p> 姓 名 楊欣 </p><p> 學(xué) 號 1310741a21 </p>
2、<p> 所在學(xué)院 工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院 </p><p> 專業(yè)班級 13產(chǎn)品2班 </p><p> 指導(dǎo)教師 李翠玉 </p><p> 日 期 2017年5月4 日 </p><p><b> 摘 要</b></p>
3、<p> 在歷經(jīng)的近年的計(jì)算機(jī)及相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)加速發(fā)展期之后,各種日趨成熟的機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)平臺的不斷涌現(xiàn),制作和研發(fā)機(jī)器人的技術(shù)已經(jīng)十分高超,基本不存在制作的障礙。機(jī)器人作為一種高端工藝品,不再只存于影視中,開始慢慢出現(xiàn)在人們的生活當(dāng)中。當(dāng)前,國內(nèi)的制造業(yè)和加工業(yè)的技術(shù)都有一定的進(jìn)步,擁有著堅(jiān)實(shí)的制作基礎(chǔ),并且還有一個(gè)相對來說較為完整的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)鏈。在目前新興產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的趨勢下,為了進(jìn)一步增強(qiáng)工業(yè)產(chǎn)品的競爭力,提高制造業(yè)的自
4、助創(chuàng)新能力,要著重推進(jìn)國內(nèi)機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展,尤其是家用機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展,讓機(jī)器人制造工業(yè)在行業(yè)中占據(jù)一定的領(lǐng)先地位。</p><p> 研發(fā)制造家用學(xué)習(xí)機(jī)器人,是在尊重一般規(guī)律的前提下使機(jī)器人帶有特殊性,將一種技術(shù)產(chǎn)品化的一個(gè)過程。有別于設(shè)計(jì)和開發(fā)特種機(jī)器人與產(chǎn)業(yè)機(jī)器人,家用的學(xué)習(xí)機(jī)器人的服務(wù)對象是市場上的多數(shù)普通消費(fèi)者,其工作的地點(diǎn)和環(huán)境是日常中的生活區(qū)域以及公共的場所。家用學(xué)習(xí)機(jī)器人本質(zhì)上來說,屬于一種高技
5、術(shù)集成產(chǎn)品,其設(shè)計(jì)的主要目的在于如何實(shí)現(xiàn)高效率的人機(jī)交互,或者讓機(jī)器人擁有更高的環(huán)境適應(yīng)能力。因此,對于家用學(xué)習(xí)機(jī)器人在市場上以何種方式出現(xiàn),對于上述的兩個(gè)主題具有至關(guān)重要的作用,也對產(chǎn)品的市場表現(xiàn)力產(chǎn)生著決定性的作用。</p><p> 關(guān)鍵詞:家用 學(xué)習(xí) 機(jī)器人 設(shè)計(jì)</p><p><b> Abstract</b></p><p>
6、 After years of computer and related technology in recent years to accelerate the development period, a variety of increasingly mature robot system development platform continues to emerge, the robot product design and
7、development has no large technical barriers. Robots will begin to walk into people's daily lives. China's modern processing and manufacturing industry in the past stage of the introduction and digestion of produc
8、tion capacity and technical strength has been a certain basis, and in </p><p> Home learning robot products is a technology product design process, in accordance with the general laws of technology products
9、 at the same time have a certain degree of particularity. Different from the design and development of industrial robots or special robots, home learning robot products are designed to be directed to the general user pop
10、ulation, the environment used is a complex daily life area and public places. Therefore, as a high-tech integrated products, home robot design topics foc</p><p> Keywords: Natural form Contemporary jewelry
11、Personality expression Composite material</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 前 言5</b></p><p><b> 1緒論6</b></p><p> 1.1研究背景與意義6<
12、;/p><p> 1.2強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能機(jī)器人的研究現(xiàn)狀6</p><p> 1.3家用機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢7</p><p> 1.3.1老齡化社會(huì)和殘疾人需要家用機(jī)器人服務(wù)7</p><p> 1.3.2日常生活?yuàn)蕵返男枨?</p><p> 1.3.3新的生活方式的需求7</p>&l
13、t;p> 2家用機(jī)器人產(chǎn)品形式與交互設(shè)計(jì)8</p><p> 2.1家用機(jī)器人技術(shù)的民用市場需求分析8</p><p> 2.1.1娛樂機(jī)器人8</p><p> 2.1.2家用電器機(jī)器人9</p><p> 2.1.3靜止機(jī)器人9</p><p> 2.1.4助理機(jī)器人9</p&g
14、t;<p> 2.1.5類人機(jī)器人10</p><p> 2.2家用學(xué)習(xí)機(jī)器人產(chǎn)品概念構(gòu)思10</p><p> 2.3家用學(xué)習(xí)機(jī)器人的交互作用與設(shè)計(jì)要素10</p><p> 3家用學(xué)習(xí)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案12</p><p> 3.1家用學(xué)習(xí)智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)構(gòu)思12</p><p>
15、 3.1.1設(shè)計(jì)初衷12</p><p> 3.1.2頭腦風(fēng)暴12</p><p> 3.1.3風(fēng)格確定12</p><p> 3.1.4草圖制作13</p><p> 3.2家用學(xué)習(xí)智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)概述14</p><p> 3.3家用學(xué)習(xí)型智能機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)15</p><
16、p><b> 結(jié) 論17</b></p><p><b> 致 謝18</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b> 附 錄20</b></p><p><b> 前 言<
17、/b></p><p> 在最近的三十多年中,中國在集成電子電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及人工智能的理論和實(shí)踐上取得了重大的進(jìn)展,并且在新型傳感器和微型機(jī)電設(shè)備等行業(yè)中取得了重大的突破,這為國內(nèi)的機(jī)器人行業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),帶來了巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)?;诖?,有一批企業(yè)抓機(jī)機(jī)遇開始研發(fā)新的技術(shù),制造新式的玩具、商品和組裝的配件,同時(shí)還出售其他平臺化的商品。</p><p><b>
18、 1緒論</b></p><p> 1.1研究背景與意義</p><p> 在不久的將來,家用機(jī)器人軟件的平臺標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)在商用機(jī)器人領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn),同時(shí)還會(huì)出臺相關(guān)的集群協(xié)作、遠(yuǎn)程控制以及導(dǎo)航組件的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。歐洲的多數(shù)國家將國內(nèi)的科研力量投入到家庭、辦公領(lǐng)域機(jī)器人以及工業(yè)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)制定中。這些現(xiàn)象無一不體現(xiàn)著機(jī)器人產(chǎn)品開始進(jìn)入了普通的市場當(dāng)中。</p><
19、p> 早期國內(nèi)的技術(shù)與生產(chǎn)方式雖然引進(jìn)了國外的方式和技術(shù),但是經(jīng)過一段時(shí)間的吸收和消化,并轉(zhuǎn)化為國內(nèi)的生產(chǎn)基礎(chǔ),同時(shí)在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)形成了較為完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈。在新一輪的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢中,我國機(jī)器人工業(yè)的發(fā)展,尤其是家用機(jī)器人的發(fā)展,能夠使得國內(nèi)的自主創(chuàng)新能力增強(qiáng),同時(shí)提高產(chǎn)品的競爭力,促使產(chǎn)業(yè)發(fā)展占據(jù)行業(yè)的領(lǐng)先地位??墒菄鴥?nèi)的生產(chǎn)技術(shù)基礎(chǔ)仍舊較為薄弱,和發(fā)達(dá)國家相比,國內(nèi)的精密制造業(yè)仍不發(fā)達(dá)。因此,我們應(yīng)當(dāng)充分把握市場的需求
20、還有企業(yè)的發(fā)展方向,整合創(chuàng)新資源,才能使這一行業(yè)取得重大的突破。</p><p> 1.2強(qiáng)化學(xué)習(xí)的智能機(jī)器人的研究現(xiàn)狀</p><p> 所謂的強(qiáng)化學(xué)習(xí),指的是一個(gè)獲取最大回報(bào)的過程,即智能體學(xué)習(xí)通過一定的方式把環(huán)境投射到行為當(dāng)中以獲取回報(bào)的最大化。這一學(xué)習(xí)方式帶有獎(jiǎng)懲性,屬于適應(yīng)性較強(qiáng)的學(xué)習(xí)方式。智能體可以在學(xué)習(xí)的過程中尋找較大獎(jiǎng)賞的方式,發(fā)現(xiàn)并避免低效率的方法。這一學(xué)習(xí)方法——強(qiáng)
21、化學(xué)習(xí)法,在近幾年來被廣泛地運(yùn)用于人工智能和機(jī)器人的身上,逐漸成為智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)之一。同時(shí),科研工作者并不就此止步,不斷地研究強(qiáng)化學(xué)習(xí)的算法,使之在智能機(jī)器人的領(lǐng)域產(chǎn)生了巨大的進(jìn)步。使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法的智能機(jī)器人具有更高的環(huán)境適應(yīng)能力,同時(shí)有更為高效地路徑規(guī)劃方法。</p><p> 文獻(xiàn)提出一種新的狀態(tài)空間定義方法,用以限制動(dòng)態(tài)環(huán)境下移動(dòng)機(jī)器人的狀態(tài)數(shù)量,有效地減少Q(mào)值表的維數(shù),提高系統(tǒng)的學(xué)習(xí)效率;反向
22、學(xué)習(xí)法可以系統(tǒng)地提高學(xué)習(xí)的效率;文獻(xiàn)中還提出了另外一種算法,即啟發(fā)式加速Q(mào)算法,該算法利用了啟發(fā)函數(shù)計(jì)算動(dòng)作,用以增強(qiáng)強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法;文獻(xiàn)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可以初始化Q值,可以優(yōu)化機(jī)器人的內(nèi)部算法。強(qiáng)化學(xué)習(xí)的速度和效率受到許多因素的影響,最主要的是狀態(tài)空間的大小以及環(huán)境的復(fù)雜度。當(dāng)狀態(tài)空間過大,移動(dòng)的機(jī)器人需要花費(fèi)大量的時(shí)間探索新的學(xué)習(xí)策略,這不僅使得學(xué)習(xí)效率低,還很難得出最優(yōu)方法。這一問題是使用強(qiáng)化學(xué)習(xí)法時(shí)所無法避免的、由其本質(zhì)特征所決定的
23、,可是這一問題可以采用其他的算法來提高機(jī)器人的收斂速度和學(xué)習(xí)速率,來改進(jìn)機(jī)器人。其中一種學(xué)習(xí)方法就是分層學(xué)習(xí)法,采用分而治之的原則,將原本的一個(gè)整體劃分為不同的子任務(wù),并進(jìn)一步分解子任務(wù)將其最小化,從而體現(xiàn)出空間的降維。</p><p> 1.3家用機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢</p><p> 機(jī)器人的發(fā)展應(yīng)該是從六十年代初開始說起,那是人們才剛剛進(jìn)入人們的視野,智能機(jī)器人其實(shí)就是仿照各種各
24、樣的人工智能綜合的成果,這些發(fā)展都是由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展和進(jìn)步。研究者在研究人工智能時(shí)用機(jī)器人的研發(fā)來體現(xiàn)自己所研發(fā)的人工智能,這也是人類首次證實(shí)了人工智能的作用,智能機(jī)器人的行動(dòng)規(guī)劃及操作是可以根據(jù)環(huán)境和設(shè)定的任務(wù)目標(biāo)來制定的。過了幾年,市場上對第一代機(jī)器人的需求逐漸減少,基于此,制造業(yè)將工業(yè)機(jī)器人的作用領(lǐng)域從汽車行業(yè)擴(kuò)大到了電氣機(jī)械制造、非制造和電子等領(lǐng)域。第一代機(jī)器人在設(shè)計(jì)時(shí)并沒寫入視覺及觸覺的編程,所以第一代機(jī)器人沒有觸覺和聽覺。但
25、是市場上需要具有新功能的機(jī)器人,而此時(shí)計(jì)算機(jī)與傳感器飛速發(fā)展,這一技術(shù)有利地推動(dòng)了機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展,出現(xiàn)了市場上第一代有感的,具有判斷和識別能力的機(jī)器人。</p><p> 1990年以后,購買機(jī)器人的用戶多數(shù)是中小企業(yè),因此機(jī)器人的制造體型基本趨于輕小化。譬如九十年代初日本生產(chǎn)的擦玻璃機(jī)器人、蘇聯(lián)的自由移動(dòng)而且很輕的機(jī)器人。到了如今的21世紀(jì)機(jī)器人就變得應(yīng)該是更加的智能化的方向去發(fā)展,比若說更聰明的機(jī)器人、更
26、快的分析、更自然地互動(dòng)、更微妙的互動(dòng)。家用智能機(jī)器人發(fā)展趨勢上也有了一定的變化:</p><p> 1.3.1老齡化社會(huì)和殘疾人需要家用機(jī)器人服務(wù)</p><p> 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,中國社會(huì)面臨的問題與挑戰(zhàn)也越來越多,當(dāng)前尤為重要的就是如何應(yīng)對人口老齡化和殘疾人人數(shù)越來越多的問題。由當(dāng)前的現(xiàn)狀我們可以預(yù)見到,若是這些問題不能得到良好地解決,我國在未來將會(huì)投入大量的人力物力來照顧老年人以
27、及殘疾人,社會(huì)所承擔(dān)的壓力會(huì)越來越重。但是,如果能夠利用家用機(jī)器人的發(fā)展,研發(fā)出專門照顧和護(hù)理老人以及殘疾人的家用機(jī)器人,照顧他們的日常起居,不僅可以使他們的生活更為便利,還能一定程度上減輕國家及社會(huì)所承擔(dān)的責(zé)任。</p><p> 1.3.2日常生活?yuàn)蕵返男枨?lt;/p><p> 目前的娛樂活動(dòng)的方式都較為單一、傳統(tǒng)。但是,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,機(jī)器人逐漸走入了人們的日常生活當(dāng)中,尤其是
28、家用機(jī)器人,在這種類型的機(jī)器人中有一型號的機(jī)器人專門被研發(fā)出來供人們?nèi)粘蕵分惺褂谩?lt;/p><p> 1.3.3新的生活方式的需求</p><p> 區(qū)別于其他用途的機(jī)器人,家用機(jī)器人最主要的目的就是服務(wù)于眾多的普通家庭,這也是為什么家用機(jī)器人可以成為大眾消費(fèi)品的主要原因之一。美國等發(fā)達(dá)國家之所以大力推動(dòng)家用機(jī)器人發(fā)展的,是因?yàn)樗陌l(fā)展可以一定程度上推動(dòng)國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。</p&
29、gt;<p> 2家用機(jī)器人產(chǎn)品形式與交互設(shè)計(jì)</p><p> 2.1家用機(jī)器人技術(shù)的民用市場需求分析</p><p> 家庭機(jī)器人已經(jīng)越來越多的走進(jìn)了我們的生活,對學(xué)齡前兒童的狀態(tài)的遠(yuǎn)程查看,對父母來說也已經(jīng)不是可望不可即的夢,學(xué)齡前兒童如何自己在家學(xué)習(xí)?家長上班時(shí)誰來陪孩子玩?種種難題現(xiàn)在都可以解決了。韓國Robotics公司研發(fā)的最新智能機(jī)器人可進(jìn)行唱歌、跳舞、
30、教授英文等兒童教輔工作。此外,機(jī)器人本身帶有的自身攝像頭有助于父母在遠(yuǎn)程關(guān)注兒童行為,查看孩子的安全狀態(tài)。豐富多采的功能,卻僅需3600美元,標(biāo)志著智能機(jī)器人的發(fā)展進(jìn)入了新時(shí)代。在日本、韓國、西歐等發(fā)達(dá)國家,家用機(jī)器人在生活中承擔(dān)了越來越多的職能,打掃衛(wèi)生、家庭安保、洗碗等簡單的家務(wù)工作都可由機(jī)器人代勞。</p><p> 據(jù)《世界機(jī)器人技術(shù)年度調(diào)查報(bào)告》最新統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,機(jī)器人數(shù)量在近兩年來實(shí)現(xiàn)了成倍量的增長
31、,在2003年,全球機(jī)器人總數(shù)已經(jīng)達(dá)到60.7萬臺,僅在2002年就實(shí)現(xiàn)了全球三分之二的機(jī)器人增量。其中,最多的是除草機(jī)器人,共計(jì)有57萬臺,其次是除草機(jī)器人約有3.7萬臺,并對機(jī)器人的發(fā)展做出了如下預(yù)計(jì),未來三年,機(jī)器人的數(shù)量還將實(shí)現(xiàn)倍增,增長速度將超過7倍。</p><p> 在報(bào)告中,報(bào)告預(yù)計(jì)到2007年全球機(jī)器人總數(shù)將達(dá)到410萬臺,但除草機(jī)器人仍將占機(jī)器人的主要部分,此外清潔機(jī)器人如窗戶清潔和泳池清潔
32、也將大幅增長,實(shí)現(xiàn)突破。在家用機(jī)器人之外,娛樂機(jī)器人同樣普遍存在,并以全球69.2萬臺的總量占據(jù)了全球機(jī)器人的主體份額。此外,報(bào)告中還提到了各國機(jī)器人的認(rèn)可程度,其中近兩年來亞洲和北美洲的機(jī)器人接受度增加,日本目前是世界上最大的機(jī)器人購買國。除此以外,北美洲和歐洲的機(jī)器人需求緊隨其后,歐盟作為發(fā)達(dá)國家集中區(qū),在2003年機(jī)器人使用量達(dá)到25萬,德國、意大利、法國為主要發(fā)展國。隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,價(jià)格逐漸下降,在發(fā)展中國家機(jī)器人技
33、術(shù)的進(jìn)展也是超乎想像的,極大的促進(jìn)了機(jī)器人的普及與發(fā)展。</p><p> 索尼公司研發(fā)的Abio寵物狗在上市以后,五年來外形和功能不斷被完善,較最初的版本已經(jīng)有了極大改觀。有人推測在未來十年,此類智能機(jī)器人還將進(jìn)一步發(fā)展,承擔(dān)更多的功能。在未來數(shù)字家庭的發(fā)展趨勢與要求下,機(jī)器人將成為未來的家庭管家。同時(shí),像其他科技類產(chǎn)品一樣,機(jī)器人產(chǎn)業(yè)會(huì)隨著科技的普及而逐漸減少其神秘性,增加其普及度,從而走入更多的普通家庭,
34、擴(kuò)大其市場規(guī)模。此外,還將在家庭任務(wù)的分工上根據(jù)任務(wù)的不同,逐步細(xì)化,主要會(huì)包括以下幾種類型:</p><p> 2.1.1娛樂機(jī)器人</p><p> 娛樂機(jī)器人是指那些能夠在生活中借助自己的某些特征達(dá)到娛樂生活的目的。在形式上娛樂機(jī)器人沒有過多要求,可以具有人類外貌或者童話、小說的某個(gè)角色的外貌,主要目的是為了達(dá)到娛樂效果,因而它們常常多才多藝,具備諸如唱歌、交流、對話能力,可以感
35、知人類情感,從而對人類進(jìn)行疏導(dǎo)、交流,降低精神緊張感,緩解情緒。在此類機(jī)器人的研發(fā)方面,日本公司在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先地位。諸如豐田公司開發(fā)的一類娛樂機(jī)器人,具備唱歌的功能,外貌憨態(tài)可掬,可在互動(dòng)中引得人類捧腹大笑。目前娛樂機(jī)器人的發(fā)展方向是不斷的縮小體積、完善功能。相對于一般的玩具來說,娛樂機(jī)器人的體積形態(tài)大多偏小,但一般都具有豐富的功能作用,可做出多種反應(yīng),且價(jià)格較為低廉,能夠被人接受。如Wowwee公司研發(fā)的RoboasPlne具有
36、遠(yuǎn)程操控功能,可做多種指定動(dòng)作,但售價(jià)僅為100美元,因而銷量甚廣。</p><p> 2.1.2家用電器機(jī)器人</p><p> 吸塵器機(jī)器人是家用電器機(jī)器人的主要代表,它們代指一類具有智能設(shè)備的家用電器,能夠具有某種特殊功能,更好的完成原有任務(wù)。比如智能吸塵器可以根據(jù)超聲波監(jiān)視器、紅外線電子眼等一系列高端設(shè)備,來避免清潔工作中意外事件的發(fā)生,保證機(jī)器人可獨(dú)立自主的完成某項(xiàng)工作。正如
37、一些機(jī)器人研發(fā)公司所說,機(jī)器人不僅僅是工作的代勞者,更應(yīng)該是一個(gè)能夠兼具娛樂功能的思考者。</p><p> 清潔機(jī)器人已經(jīng)問世多年。但由于成本的限制,此類機(jī)器人一直未得到有效的利用與發(fā)展,主要是由于資金投入不夠,所配備的軟件系統(tǒng)過于落后造成的。目前以銷售清潔機(jī)器人為主的iRob公司已經(jīng)在全球范圍內(nèi)銷售了數(shù)百萬臺類似的機(jī)器人,走人家家戶戶改善它們的生活方式。而且,此類機(jī)器人價(jià)格相對來說較為低廉,可被接受,這也同
38、樣是它廣泛應(yīng)用的原因。</p><p> 2.1.3靜止機(jī)器人</p><p> 靜止機(jī)器人,就如同名字一樣,是一種固定的提供家用服務(wù)的機(jī)器人。如智能醫(yī)藥箱、智能衣柜等,會(huì)在你需要的時(shí)候進(jìn)行一定的專業(yè)指導(dǎo)與消息通知,在生活的各個(gè)方面協(xié)助你。</p><p> 2.1.4助理機(jī)器人</p><p> 助理機(jī)器人作為一個(gè)熱門分類,不僅種類
39、齊全,還具有豐富的功能,涉及軍事、個(gè)人等多個(gè)市場。目前有一種個(gè)人助理機(jī)器人,可協(xié)助使用者進(jìn)行人面孔和語音的確認(rèn)。配備的微型攝影機(jī)和麥克風(fēng)可準(zhǔn)確識別對方身份,并將其信息儲存在相應(yīng)的儲存器中,當(dāng)再次遇到同樣的人時(shí),助理會(huì)及時(shí)提醒。</p><p> 目前美國一家機(jī)器人研發(fā)機(jī)構(gòu)開發(fā)了一類以速度取勝的軍用機(jī)器人,它具有的速度可達(dá)到每小時(shí)15英里,使其在戰(zhàn)爭中也能夠準(zhǔn)確的傳遞情報(bào)。此外,在速度之余,它還具有夜視功能,有助
40、于在戰(zhàn)爭中窺測地方情況,及時(shí)觀測對方舉動(dòng)并傳遞給本部,以做出及時(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng),以免被突襲。另外,可穿戴機(jī)器人同樣是機(jī)器人研發(fā)的特點(diǎn)項(xiàng)目,令可穿戴機(jī)器人承擔(dān)個(gè)人管家的職責(zé),在老年人、殘障人士的生活中可發(fā)揮極大作用。有人對此做出預(yù)測,表示未來十年內(nèi),可穿戴機(jī)器人將實(shí)現(xiàn)百分之四十的普及率。</p><p> 2.1.5類人機(jī)器人</p><p> 與人們心中普遍的機(jī)器人想象形象不同。但是,科學(xué)
41、家們從未放棄研究具有人類外觀的機(jī)器人的追求,但保證外觀和功能與人類的一致,在目前的機(jī)器人研發(fā)水平來說,是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn),主要難度在于對人類行為舉止的模仿。此外,令機(jī)器人具備人類的表情和反應(yīng)同樣具有極大的挑戰(zhàn)性。</p><p> 2.2家用學(xué)習(xí)機(jī)器人產(chǎn)品概念構(gòu)思</p><p> 通常,我們觀看影視作品的時(shí)候所看到的機(jī)器人都是類似人身體形狀的機(jī)器人。他們有靈活的四肢和機(jī)器電路組成的大腦
42、。那么現(xiàn)實(shí)生活中的機(jī)器人該不該按照這種形象來設(shè)計(jì)呢?在當(dāng)前的技術(shù)下,人形機(jī)器人已經(jīng)出現(xiàn),我們比較熟悉的HONDA的ASIMO就是人形機(jī)器人,二十世紀(jì)八十年代出現(xiàn)了直立平臺,再加上傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)嵌入技術(shù)等也有了不小進(jìn)展,人形機(jī)器人技術(shù)也越來越成熟。</p><p> 然而,在現(xiàn)實(shí)生活中,人形機(jī)器人卻未必能滿足市場對機(jī)器人的需求,相反,市場對機(jī)器人的需求是由其功能決定的,機(jī)器人的形式也不該只有人形一種,其實(shí)人類創(chuàng)
43、造出機(jī)器人的目的是為了幫助人們處理一些簡單重復(fù)的工作,這樣就能將人們從繁重的勞動(dòng)中解放出來。人形機(jī)器人的構(gòu)造并不適合幫助人類處理這樣的工作,可以這樣說,人形的雙腿在很多時(shí)候遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如輪子靈活。ASIMO可以說是目前機(jī)器人技術(shù)的最高水準(zhǔn)了,盡管這樣其在表演時(shí)也不止一次出現(xiàn)失誤,甚至是摔倒。盡管機(jī)器人的發(fā)展取得了很大的進(jìn)展,很多機(jī)器人也給了人們不少震撼,但是機(jī)器人制作成本大,耗資巨大,卻無法滿足人們的需求。日后或許會(huì)出現(xiàn)比ASIMO更高端的機(jī)
44、器人,然而其可能也無法滿足人們的某些需求,比如陪護(hù)病人、照顧病人等比較精細(xì)的工作。事實(shí)上,機(jī)器人ASIMO的出現(xiàn)是為了滿足人們鏡像情結(jié)的夢想,人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)理念并不符合人們設(shè)計(jì)機(jī)器人的目的,無法更好地完成人類希望其完成的工作,總之,人形機(jī)器人并不是機(jī)器人最優(yōu)化的形式。</p><p> 再看Sony的AIBO機(jī)器人,其模仿了動(dòng)物的形態(tài),也是一款上市銷售的機(jī)器人產(chǎn)品,其功能是為了滿足人類娛樂需求。然而其作為娛樂
45、機(jī)器人,其高額的開發(fā)成本和售價(jià)也制約了它的發(fā)展。而繁重的工作我們可以選擇用各種各樣的工具來幫助我們完成,把這些工具組合在一起來幫助我們應(yīng)對那些繁重的工作,這其實(shí)就是機(jī)器人的設(shè)計(jì)雛形。但是在面對競爭激烈的市場時(shí),融合多種技術(shù)手段設(shè)計(jì)出來的機(jī)器人卻不一定是人們最經(jīng)濟(jì)的選擇。</p><p> 2.3家用學(xué)習(xí)機(jī)器人的交互作用與設(shè)計(jì)要素</p><p> 在家用機(jī)器人的設(shè)計(jì)理念中,機(jī)器人被賦予
46、功能上的自主性,用戶只需要在機(jī)器人產(chǎn)品維護(hù)和指定功能及啟動(dòng)上面需要完成一些簡單的操作之外,機(jī)器人在工作中的其他時(shí)候不需要用戶介入,這是家用機(jī)器人的獨(dú)特優(yōu)勢,也是機(jī)器人應(yīng)該具備的競爭優(yōu)勢。</p><p> 那么如何保證這一設(shè)計(jì)理念成為現(xiàn)實(shí),即盡可能地優(yōu)化這一機(jī)器人產(chǎn)品設(shè)計(jì)以滿足人們的家用需求呢?首要的問題是保證產(chǎn)品的交互性。交互性設(shè)計(jì)改進(jìn)方法可以通過情景研究來實(shí)現(xiàn)。即模擬機(jī)器人的日常工作,包括使用環(huán)境、用戶、機(jī)
47、器人需要完成的工作等內(nèi)容。人種學(xué)發(fā)展衍生出了相關(guān)情景研究,可以用來統(tǒng)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)資料。情景研究的目的是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)關(guān)注焦點(diǎn)聚集到產(chǎn)品使用時(shí)的情景上面,忽視產(chǎn)品本身因素。情景研究的內(nèi)容會(huì)影響到用戶的相關(guān)體驗(yàn),在進(jìn)行情景研究時(shí)要注意以下幾個(gè)方面:(l)要明確客戶的需求和客戶的真實(shí)體驗(yàn);(2)要注意和客戶即被調(diào)查者的互動(dòng);(3)注意團(tuán)隊(duì)合作,識別團(tuán)隊(duì)關(guān)注點(diǎn):(4)關(guān)注真實(shí)結(jié)果而不是要表達(dá)的觀點(diǎn):(5)關(guān)注小樣本和豐富的定性數(shù)據(jù)的創(chuàng)意。&
48、lt;/p><p> 結(jié)合上面所談及的幾點(diǎn),我們發(fā)現(xiàn)家用機(jī)器人需要滿足以下設(shè)計(jì)要素:</p><p> ?。?)要具備人機(jī)交互性,發(fā)展機(jī)器人的優(yōu)勢;</p><p> ?。?)機(jī)器人高效執(zhí)行人們發(fā)出的工作指令的保障是其高效的模糊前端和分布式設(shè)計(jì)方法;</p><p> (3)機(jī)器人的平臺化與標(biāo)準(zhǔn)化是保護(hù)設(shè)計(jì)投入回報(bào),其可以延長產(chǎn)品使用年限,提
49、高產(chǎn)品效益;</p><p> ?。?)市場的需求改變要根據(jù)客戶的體驗(yàn)來判斷,要重視客戶需求。</p><p> 3家用學(xué)習(xí)機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案</p><p> 3.1家用學(xué)習(xí)智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)構(gòu)思</p><p><b> 3.1.1設(shè)計(jì)初衷</b></p><p> 兒童學(xué)習(xí)產(chǎn)品的相關(guān)設(shè)計(jì)
50、一直以來被人們所關(guān)注,在兒童學(xué)習(xí)產(chǎn)品中合理應(yīng)用情感化要素是設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。情感化設(shè)計(jì)理論強(qiáng)調(diào)以使用者精神需求為導(dǎo)向進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。將情感要素與產(chǎn)品形態(tài)緊密結(jié)合,引發(fā)用戶的聯(lián)想。兒童是一個(gè)重要的消費(fèi)群體,其心理單純,對事物會(huì)產(chǎn)生一種本能的和無意識的認(rèn)知行為,設(shè)計(jì)的良性引導(dǎo)作用對于兒童的健康成長至關(guān)重要,在設(shè)計(jì)過程中,需關(guān)注兒童的心理特征、面部表情和行為舉止,根據(jù)這些情感要素進(jìn)行設(shè)計(jì),全面提升兒童對產(chǎn)品的使用體驗(yàn),設(shè)計(jì)一款新的學(xué)習(xí)陪伴型機(jī)
51、器人。</p><p><b> 3.1.2頭腦風(fēng)暴</b></p><p> 隨著機(jī)器人相關(guān)研究趨于成熟及市場需求的不斷增加,學(xué)習(xí)型機(jī)器人層出不窮。首先設(shè)計(jì)了兩款具有代表性的學(xué)習(xí)型機(jī)器人為例,對其造型設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和頭腦風(fēng)暴。初期做過多種嘗試和實(shí)驗(yàn)均以失敗告終。因?yàn)闆]有腿部,主要靠底部的輪子實(shí)現(xiàn)移動(dòng),其造型主要模仿人類的身體,給兒童帶來親近感。</p>
52、<p> 圖3-1早期頭腦風(fēng)暴(a) 圖3-1早期頭腦風(fēng)暴(b)圖3-1早期頭腦風(fēng)暴(c)</p><p><b> 3.1.3風(fēng)格確定</b></p><p> 感官分為視覺、聽覺、嗅覺及觸覺等,反映到產(chǎn)品設(shè)計(jì)上包含造型、材質(zhì)及顏色等要素。這些要素是兒童獲取信息的重要途徑,兒童學(xué)習(xí)陪伴型機(jī)器人的造型屬于情感化設(shè)計(jì)的本能層面,針對該層面的機(jī)器人造型
53、要符合兒童的感官需求及認(rèn)知心理。根據(jù)兒童對造型的感官需求,進(jìn)行草圖方案設(shè)計(jì),給出三款方案機(jī)器人采用面部溫和、四肢有力且夸大腳部的造型特征,配色以白色為主,搭配一定的點(diǎn)綴色。</p><p> 表3-1造型方案比較分析</p><p> 兒童學(xué)習(xí)陪伴型機(jī)器人的頭部及其表情是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)部分,頭部和面部造型設(shè)計(jì)決定了機(jī)器人是否能和兒童進(jìn)行有效的情感溝通和信息交流。通過大量草圖繪制和模擬測試
54、,以兒童的視角設(shè)計(jì)了頭部交流界面的造型元素,并不斷提煉和優(yōu)化了方案,最后由于不斷地查資料、進(jìn)行創(chuàng)作草圖的嘗試確定了智能機(jī)器人的內(nèi)容設(shè)定,成功設(shè)計(jì)嘗試,定下了這種風(fēng)格。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是交互,這個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)器人綜合語音控制即可當(dāng)鬧鐘,眼部當(dāng)攝像頭又是趣味性的學(xué)習(xí)機(jī)器,是機(jī)器人與語音控制的交互系統(tǒng)。經(jīng)隨機(jī)兒童感官體驗(yàn)測試,逐步確定了具有親和力和吸引力的造型搭配。色彩設(shè)計(jì)上,使用不同明度的色彩與白色搭配,簡潔明快,符合兒童產(chǎn)品單純化配色原則。具有語音
55、識別功能、關(guān)節(jié)靈活度高、能完成較復(fù)雜的肢體動(dòng)作,同時(shí)具有表情分析和聲音辨識功能,手部較為靈活和逼真。</p><p> 圖3-2 最終方案的確定</p><p><b> 3.1.4草圖制作</b></p><p> 圖3-3草圖制作(a) 圖3-3草圖制作(b)</p><p>
56、 圖3-3草圖制作(c)</p><p> 3.2家用學(xué)習(xí)智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)概述</p><p> 由于隨著科技的不斷發(fā)展,人們的生活也已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)更高的層次,所以人們對于科技的要求也越來越高,設(shè)計(jì)使得藝術(shù)與美感共存,所以設(shè)計(jì)已儼然成為鏈接科技與人之間感情的橋梁。家用機(jī)器人是人類社會(huì)高科技發(fā)展的產(chǎn)物,以科學(xué)合理化、合理的功能化為前提,設(shè)計(jì)指導(dǎo)成為高科技發(fā)展和人類情感的平衡劑。家用機(jī)器人
57、設(shè)計(jì)小型化,輕巧化,行動(dòng)敏捷化,音視感測靈敏化等都依賴于設(shè)計(jì)指導(dǎo)。</p><p> 家用機(jī)器人的設(shè)計(jì)表達(dá)方式有以下幾個(gè)方面的探討:對于機(jī)器人的設(shè)計(jì),通過對人物特點(diǎn)的整改,使其擁有人的特點(diǎn),與真正的人更加相像,所以更加可以和人一起產(chǎn)生情感共鳴。</p><p> 造型設(shè)計(jì)上,一般可考慮仿生造型設(shè)計(jì),仿動(dòng)物,植物,仿人型設(shè)計(jì)等諸多自然形態(tài)都能使人產(chǎn)生親切感,避免排斥純機(jī)器。也可以采用較為
58、幾何造型,簡單明了,現(xiàn)代感十足。</p><p> 色彩上,既要反映機(jī)器人高科技時(shí)代感,又要適用于家用親和性。色彩冷暖合理搭配,以及黑白灰的調(diào)和應(yīng)用。這點(diǎn)日本和韓國的家電產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了很多借鑒。不僅造型仿人型,明亮的黃色也帶給人親近愉悅的感覺。</p><p> 在選材上,盡量選擇一些和人體皮膚手感相近的材料,讓人感覺在進(jìn)行互動(dòng)時(shí),對面的不是一個(gè)機(jī)器,而是一個(gè)人從而產(chǎn)生內(nèi)心的親近感。&
59、lt;/p><p> 通過對功能的開發(fā)、明確、集合實(shí)現(xiàn)家用機(jī)器人人一機(jī)一環(huán)境系統(tǒng)合理布局及協(xié)調(diào)統(tǒng)一,使操作宜人化,以滿足生理和精神需求。家用機(jī)器人功能的擴(kuò)充集合,使其具備如家務(wù)清潔、休閑娛樂、家庭看護(hù)、安全監(jiān)控等功能,在明確的基礎(chǔ)上集成,使其更智能化,方便操作和溝通。</p><p> 通過對于機(jī)器人設(shè)計(jì)的的具體化到語句標(biāo)號,形象等統(tǒng)統(tǒng)規(guī)范化,使人感覺溝通無障礙,并且有人與人之間的親切感,
60、同時(shí)通過對系統(tǒng)的規(guī)范,也可以減少誤差。</p><p> 作為高科技產(chǎn)物,其目的本身就是為人民服務(wù),所以現(xiàn)在的設(shè)計(jì)已經(jīng)把目光放到了殘疾人身上,這也更加體現(xiàn)了設(shè)計(jì)中的人性化表現(xiàn),但是在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候,雖然是給殘疾人,但是在一定程度上還是要符合多數(shù)人的需要,以便維系殘疾人的自尊,在這一點(diǎn),德國的盲人閱讀機(jī)器人堪稱典范。設(shè)計(jì)不是空口號,而應(yīng)是深植于設(shè)計(jì)師心中的指導(dǎo)原則。</p><p> 機(jī)
61、器人觸覺傳感器。機(jī)器人的觸覺傳感器分為感知力傳感器和視覺傳感器。機(jī)器人也是多種多樣的,有一種機(jī)器人稱為觸覺機(jī)器人,就是利用力的傳感器,可以給機(jī)器人一個(gè)對外界力有所感知的功能,所以機(jī)器人就具備了人的雙手一樣的感知力。當(dāng)然也可以通過對機(jī)器人視覺影像件的導(dǎo)入,是機(jī)器人可以對外界影像有一個(gè)感知判斷,從而具有視覺意識,這樣一來,機(jī)器人所具有的功能在很大程度上與人無異,甚至在一定程度上,它的精準(zhǔn)程度要超過人類,所以就更加受到歡迎,目前倫敦大學(xué),愛丁
62、堡大學(xué),等一些知名大學(xué)都開設(shè)了關(guān)于這一方面的研究課程。</p><p> 機(jī)器人聲音傳感器。既然機(jī)器人有了觸覺和視覺,怎么可以少了聽覺,給機(jī)器人加入聲音傳感器,可以是機(jī)器人對于聲音有一個(gè)準(zhǔn)確的了解,再加上機(jī)器人的大腦也相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫,所以可以容納上百種聲音,這樣一來,機(jī)器人就可以擁有“聞聲識人”的能力。</p><p> 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能。人們研究機(jī)器人的初衷也就是為了方便自己的生活,
63、在一些需要體力活動(dòng)的時(shí)候,可以有機(jī)器人代替,所以機(jī)器人一定要有能動(dòng)性。說到機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能,設(shè)計(jì)起來是非常復(fù)雜的,需要運(yùn)用多方面的函數(shù)知識,比如對于其手臂的設(shè)計(jì),就需要運(yùn)用到坐標(biāo)原理,從而使其更加精準(zhǔn),更加靈活。</p><p> 3.3家用學(xué)習(xí)型智能機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p><b> ?。?)色彩搭配</b></p><p> 圖3
64、-4市場上常見的智能機(jī)器人色彩搭配</p><p> 與市場上常見的智能機(jī)器人相比,本次設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)型智能機(jī)器人的色彩搭配與市場常見的比較類似,都是以白色或者滅作為底色,配以其他顏色作為點(diǎn)綴。與市場常見的智能機(jī)器人并無太大差別。</p><p><b> ?。?)造型設(shè)計(jì)</b></p><p> 圖3-5市場上常見的智能機(jī)器人造型</
65、p><p> 與市場上常見的智能機(jī)器人相比,本設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)型智能機(jī)器人具有的有缺點(diǎn)是:造型不夠小巧,占用空間比較大,市場上的智能機(jī)器人頭部造型大都是采用比較簡單的擬動(dòng)物形象或者是直接的一個(gè)攝像頭,胸部造型是擬人的肌肉感造型或者平滑的流線型設(shè)計(jì),大部分是沒有四肢的,尤其是腿部采用的是輪子的設(shè)計(jì),本設(shè)計(jì)采用的是擬人的頭部造型,空白的胸部造型,完全的四肢,造型比較具有親和力,空白的胸部節(jié)約了材料。結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對機(jī)器人每
66、個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行評估,由于加入了內(nèi)部骨骼模型,可知每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)節(jié)點(diǎn)及力臂的長度,并通過對四肢的動(dòng)作及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更好地幫助兒童與機(jī)器人之間實(shí)現(xiàn)順暢交流。</p><p><b> ?。?)安全性</b></p><p> 本設(shè)計(jì)兩個(gè)方面:讓無操作經(jīng)驗(yàn)的兒童準(zhǔn)確操控機(jī)器人,獲得舒適、趣味的情感體驗(yàn),依托造型特征設(shè)計(jì)機(jī)器人的動(dòng)作,以正確引導(dǎo)兒童行為。首先,操
67、作的方式應(yīng)具有直觀性,智能機(jī)器人無需過多的操控裝置。從基本的形態(tài)和符號語言即可識別使用方法。其次,要有預(yù)判性,預(yù)設(shè)出兒童的連續(xù)動(dòng)作,使機(jī)器人默認(rèn)的設(shè)置符合兒童的使用習(xí)慣、尺寸、比例及動(dòng)作特征適合兒童的生理特點(diǎn)。借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)手段驗(yàn)證機(jī)器人造型的結(jié)構(gòu)可行性和動(dòng)作設(shè)置的合理性。結(jié)合每個(gè)關(guān)節(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行適配調(diào)整,保證機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的流暢性。利用軟件進(jìn)行三維建模,并根據(jù)建模結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。</p><p><
68、;b> 結(jié) 論</b></p><p> 機(jī)器人在很大程度上,具有一定的娛樂性和智能型,容易被人接受。并且隨著科技的不斷發(fā)展,機(jī)器人也得到了更好的研究開發(fā)。隨著他的越來越智能化,它已經(jīng)逐步進(jìn)軍于教育領(lǐng)域,現(xiàn)在社會(huì)又普遍倡導(dǎo)孩子可以在“玩中學(xué),學(xué)中玩”,因此機(jī)器人在各個(gè)學(xué)術(shù)研究和兒童教育方面都發(fā)揮了巨大的作用,也越來越受到重視。機(jī)器人的核心部件,是控制中心。實(shí)現(xiàn)語言動(dòng)作的傳輸。所有的語言程序
69、都讀入里面。來實(shí)現(xiàn)操作。完成各式各樣的動(dòng)作和功能。</p><p><b> 致 謝</b></p><p> 本論文終于在我的導(dǎo)師辛勤指導(dǎo)下完成了。教師知識淵博,實(shí)事求是的態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度使我不僅受益于論文的進(jìn)程,而且對我未來的生活,工作和學(xué)習(xí)具有長遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義。我要向?qū)煴硎局孕牡母兄x!</p><p> 感謝所有的老師,沒有他們,我
70、不能得到這么豐富的知識,所以我的生活向前邁進(jìn)了一大步。在過去幾年的學(xué)習(xí)時(shí)間里,我不僅從他們的知識體系中學(xué)到了,而且還從他們的教學(xué)態(tài)度中學(xué)習(xí),欣賞奉獻(xiàn)精神的真正意義。真誠地感謝他們?yōu)槲易龅囊磺小?lt;/p><p> 感謝所有的學(xué)生,以及其他班級,我一起工作,學(xué)習(xí)學(xué)生,沒有你的支持和幫助,我不能順利完成學(xué)術(shù)和畢業(yè)論文。</p><p> 最后,我要感謝我的父母,是他們默默的支持和鼓勵(lì),無論是
71、精神上還是物質(zhì)上,都給予我極大的幫助和照顧,使我能夠有動(dòng)力有信心來完成這篇論文。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [1]顧義坤.基于GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的家用機(jī)器人遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2006.</p><p> [2]冀龍濤.基于Android手機(jī)的家用機(jī)器人控制技術(shù)研究[D].哈爾濱工
72、業(yè)大學(xué),2013.</p><p> [3]彭瓊.人性化設(shè)計(jì)指導(dǎo)下的家用機(jī)器人設(shè)計(jì)探討[J].藝術(shù)與設(shè)計(jì)(理論),2009,02:151-153.</p><p> [4]杜毓聰,金連文.通過WiFi移動(dòng)IP網(wǎng)絡(luò)操控家用機(jī)器人方案在PDA上的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2009,07:1865-1867.</p><p> [5]董波.多通道融合的家用機(jī)器人精準(zhǔn)定
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