辅助机器人

辅助机器人是一种能够感知,处理感官信息并执行动作的自动化设备/机器。这种机器人用于辅助或扩展一般人类的运动和/或认知能力。面向对象可以是老年人和重度残疾人,或者单纯性辅助一般人的体力/脑力。 这种机器人设备一般强调智能化和鲁棒性维持系统的安全和灵活性,通过集成远程信息处理,机电一体化和其他技术设备(例如先进的人机界面)与人进行物理或者其他感官接触。

简介

辅助机器人是一种能够感知,处理感官信息并执行动作的自动化设备/机器。这种机器人用于辅助或扩展一般人类的运动和/或认知能力。面向对象可以是老年人和重度残疾人,或者单纯性辅助一般人的体力/脑力。 这种机器人设备一般强调智能化和鲁棒性维持系统的安全和灵活性,通过集成远程信息处理,机电一体化和其他技术设备(例如先进的人机界面)与人进行物理或者其他感官接触。

来源:

David L. Jaffe, ENGR110/210 Perspectives in Assistive Technology

Garcia-Aracil, N., Casals, A., & Garcia, E. (2017). Rehabilitation and assistive robotics.

辅助机器人种类:

A 固定基座机器人:

A1 工作站

A2 床边

B 移动机器人

B1 自主移动机器人

B2 轮椅机器人

C 社会性辅助机器人

示例1 (种类B2):

麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的研究人员Matt Walter和Sachi Hemachandra制造了机器人轮椅: 能够理解基本的语音命令。轮椅的主要用户是面向神经系统疾病的患者。

整合了SLAM技术,机器人在建立周围地图并教导每个房间的位置(厨房,浴室的位置)之后,用户可以通过标准头戴式耳机和麦克风与机器人进行自然语言会话。

图片来源:

http://www.businessinsider.com/mit-robotic-wheelchair-2014-4

示例2 (种类C):

ALIZ-E 项目

欧盟ALIZ-E项目于2010年出台,为小型社交机器人NAO构建人工智能(AI),并研究小朋友如何应对这些机器人。 该项目发展长期的人机交互技术,令机器人可以被用来与用户产生长期联系,而人们又可以用来为机器人提供支持和教育。 作为一个应用领域,该项目通过机器人对糖尿病儿童提供培训和娱乐帮助。

图片来源:

http://www.aliz-e.org/

发展历史

辅助机器人可以广义地包括医疗康复机器人,辅助工作的机器人,移动机器人(Mobile robot)助理,和基于互动的社会性辅助机器人等。

第一个参考康复机械手是 CASE机械手,建于20世纪60年代初。 这是一个有四个自由度的动力矫形器,可以移动用户的瘫痪手臂。 另一个早期供电矫形器是1972年发表的Rancho Los Amigos操纵器, 有七个自由度。

职业环境使用的辅助机器人有使用Puma 260工业机器人的DeVAR(桌面职业辅助机器人)。 DeVAR IV工作站针对的是职业环境,Puma手臂倒置在高架轨道上,从而增加了工作范围。移动康复机器人方面,Manus轮椅安装式机械手是康复机器人的成功之一,自从1990年以来一直由Exact Dynamics公司销售。它于1985年在荷兰Delft的Hoensbroek康复研究所和TNO开发。

1988年发布的基于机械手的聋哑人沟通系统可以算是社会辅助机器人的先驱。这是属于心理学,人机交互等的交叉学科。其中比较有名的是MIT的Kismet。2014年7月16日,MIT的Breazeal教授发起了Indiegogo众筹,以推动JIBO个人助理机器人的发展。

主要事件

年份事件相关论文
1972Rancho LosAmigos Hospital设计Rancho ‘Golden’ armAllen, J. R., Karchak, A., & Bontrager, E. L. (1972). Design and fabrication of a pair of rancho antropomorphic arm. Attending Staff Assoc. Rancho Los Amigos Hospital, Inc., and Tech. Rep.
1988协助聋哑伤残人士的社会辅助机器人Gilden, D., & Jaffe, D. L. (1988). Dexter, a robotic hand communication aid for the deaf-blind. International Journal of Rehabilitation Research, 11(2), 198.
1989使用Puma机器人的辅助机器人工作站DeVar发布Van der Loos, M., Hammel, J., Schwandt, D., Lees, D., Leifer, L. J., & Perkash, I. (1989, June). Design and evaluation of a vocational desktop robot. In Proc. RESNA 12th Annual Conf (pp. 534-549).
1990Exact Dynamics 开始商业化Manus机器人Kwee, H. H., Duimel, J. J., Smits, J. J., de Moed, A. T., van Woerden, J. A., van de Kolk, L. W., & Rosier, J. C. (1989, September). The Manus wheelchair-borne manipulator: System review and first results. In Proc. IARP Workshop on Domestic and Medical & Healthcare Robotics, Newcastle.
2014Jibo机器人众筹Guizzo, E. (2014). Cynthia Breazeal Unveils Jibo, a social robot for the home. IEEE Spectrum.

发展分析

瓶颈

由于辅助机器人是和人类直接打交道,相对于工业机器人,该方向需要确保以下几点:

A. 安全性:

目前方案:1. 柔性机械; 2. 软硬件安全防范

B. 灵活性和鲁棒性:

目前方案:各种机器学习和自适应性控制方案

C. 界面(设计)友好

目前方案:设计和人机交互人才,但除了某些商用产品,实验室机器人在这方面考虑得不足。

因此,在设计辅助机器人项目中应该考虑多方面的技术背景(机器人软硬件,人机界面,社会心理学等)。

未来发展方向

  1. SAR (Socially Assistive Robots): 相对于冷冰冰的机器,如何结合社会心理学的模型和工业设计,如何设计面向不同用户的友好的机器人 (Matarić, M. 2014)(e.g. Jibo Robot)
  2. 设计机械上精巧灵活的康复机器人 。
  3. 辅助机器人和脑机接口的结合。

Contributor: Joni Zhong

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辛西娅 · 布雷泽尔
辛西娅 · 布雷泽尔
Cynthia Lynn Breazeal 是麻省理工学院媒体艺术与科学的副教授,她是麻省理工学院媒体实验室个人机器人小组的主任,也是未来讲故事中心的联合主任。她最出名的是她在机器人领域的工作,她被公认为社会机器人和人机交互的先驱。
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杨广中
杨广中
毕业于上海交通大学,英国皇家工程院院士,皇家学会/沃夫森医学影像计算实验室主任、沃夫森外科技术实验室的联合创始人及普适传感技术中心的主席。研究方向包括心血管磁共振、计算机视觉、生物学或医学模拟、增强现实系统、知觉智能、微创手术器械等研究领域,机器人,传感技术和医学成像技术。
马亚·马塔里奇
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MajaJ.Matarić是美国计算机科学家和机器人专家,南加州大学的 Chan Soon-Shiong 主持计算机科学,神经科学和儿科学教授。
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