服务机器人

服务机器人 机器人家族的新成员 服务机器人是机器人家族中的一个年轻成员，到目前为止尚没有一个严格的定义。不同国家对服务机器人的认识不同。服务机器人的应用范围很广，主要从事维护保养、修理、运输、清洗、保安、救援、监护等工作。国际机器人联合会经过几年的搜集整理，给了服务机器人一个初步的定义：服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能完成有意于人类健康的服务工作，但不包括从事生产的设备。这里，我们把其它一些贴近人们生活的机器人也列入其中。

除割草机器人外，到1999年底世界装备的服务机器人几乎都是行业用的机器人。这些专用机器人的主要应用领域有：医用机器人，多用途移动机器人平台，水下机器人及清洁机器人。

1999年末，世界全部服务机器人至少为6600台，其中家用机器人有3000台，约占50％，水下机器人及医用机器人分别占14％及12％，清洁机器人占6％，其他所有机器人占23％。

预计2000－2003年服务机器人总量将增加到49,400台，其中40,000台是家用机器人（除真空吸尘机器人外），5000台是医用机器人。家用真空吸尘机器人2000年底将进入市场，如果价格合理，2003年的销售量可能达到25万台以上。

家用机器人的总销售量预计将超过30万台，它表明服务机器人市场即将进入一个崭新的阶段。

从需求及设备现有的技术水平方面来看，残疾人用的机器人还没有达到人们预期的目标。未来10年，助残机器人肯定会成为服务机器人的一个关键的领域。许多重要的研究机构正在集中力量开发这类机器人。

就服务机器人的总体来看，普及方面的主要困难一个是价格问题；另一个是，用户对机器人的益处、效率及可靠性不十分了解。

护士助手 看到现在世界上有这么多形形色色的机器人，你也许会问世界上第一台真正意义上机器人是谁发明的呢？发明第一台机器人的正是享有“机器人之父”美誉的恩格尔伯格先生。 恩格尔伯格是世界上最著名的机器人专家之一，1958年他建立了Unimation公司，并于1959年研制出了世界上第一台工业机器人，他对创建机器人工业作出了杰出的贡献。1983年，就在工业机器人销售日渐火爆的时候，恩格尔伯格和他的同事们毅然将Unimation公司买给了西屋公司，并创建了TRC公司，开始研制服务机器人。

恩格尔伯格认为，服务机器人与人们生活密切相关，服务机器人的应用将不断改善人们的生活质量，这也正是人们所追求的目标。一旦服务机器人像其它机电产品一样被人们所接受，走进千家万户，其市场将不可限量。

恩格尔伯格创建的TRC公司第一个服务机器人产品是医院用的“护士助手”机器人，它于1985年开始研制，1990年开始出售，目前已在世界各国几十家医院投入使用。“护士助手”除了出售外，还出租。由于“护士助手”的市场前景看好，现已成立了“护士助手”机器人公司，恩格尔伯格任主席。

“护士助手”是自主式机器人，它不需要有线制导，也不需要事先作计划，一旦编好程序，它随时可以完成以下各项任务：运送医疗器材和设备，为病人送饭，送病历、报表及信件，运送药品，运送试验样品及试验结果，在医院内部送邮件及包裹。

该机器人由行走部分、行驶控制器及大量的传感器组成。机器人可以在医院中自由行动，其速度为0.7米/秒左右。机器人中装有医院的建筑物地图，在确定目的地后机器人利用航线推算法自主地沿走廊导航，由结构光视觉传感器及全方位超声波传感器可以探测静止或运动物体，并对航线进行修正。它的全方位触觉传感器保证机器人不会与人和物相碰。车轮上的编码器测量它行驶过的距离。在走廊中，机器人利用墙角确定自己的位置，而在病房等较大的空间时，它可利用天花板上的反射带，通过向上观察的传感器帮助定位。需要时它还可以开门。在多层建筑物中，它可以给载人电梯打电话，并进入电梯到所要到的楼层。紧急情况下，例如某一外科医生及其病人使用电梯时，机器人可以停下来，让开路，2分钟后它重新启动继续前进。通过“护士助手”上的菜单可以选择多个目的地，机器人有较大的荧光屏及用户友好的音响装置，用户使用起来迅捷方便。

脑外科机器人

护士助手 2000年初春，来自黑龙江某大学的一位学生正平静地躺在中国人民解放军海军总医院手术台上。她患有颅咽管瘤，4年前曾做过开颅手术，不幸的是现在肿瘤又复发了，肿瘤压迫视神经使她双眼视力下降，左眼视力0.02，右眼只有光感。此刻，医生们正用先进的脑外科机器人系统为她实施手术定位。只见她的头部贴有4个标志点，由这4个标志点建立一个空间坐标系，CT机以不同的角度为她扫描，之后，医生将9张CT图片输入计算机，屏幕上便显示出三维的病灶部位。医生在屏幕上确定手术的穿刺点和穿刺轨迹，5自由度的机器人对准穿刺点，然后自行锁定这一位置，为医生搭建一个稳固的操作平台，医生根据已标定的穿刺点进针和实施相应手术。整个手术过程20分钟。手术后，患者自己下床、穿鞋、走出手术室。三天后，患者出院了，双眼视力均恢复到0.9。

该脑外科机器人辅助系统是由北京航空航天大学、清华大学和海军总院共同研制开发的。1997年5月用该机器人为病人实施了首例开颅手术,到2000年11月已为140多位病人实施了这种手术。2000年11月在北京举办“中美医用机器人临床应用学术交流会”。15日上午，美国心外科机器人和中国脑外科机器人分别实施临床手术。消毒、在胸部打三个小孔、机械手伸入胸腔，四楼的手术室里，来自美国的机器人开始对59岁的患者进行冠状动脉搭桥手术。这种名叫伊索的机械手臂伸入到胸腔内，随着医生“上、下、左、右”的指令在0.2至1厘米的范围内移动，寻找用于搭桥的乳内动脉。美国机械手臂研制公司的副总裁张先生介绍说，传统手术中取乳内动脉要用45分钟，而利用机械手臂只要15分钟左右就可以完成。如果不采用这一手术方式，病人会留下一个20厘米长的切口，由于借助机械手臂上的内窥镜，医生的视野更清晰，可以在手术图象上直接操作，这次在病人胸部的切口只有5厘米。二楼手术室里，中国机器人正在为61岁的王女士进行脑部的“活检”。主刀医师赵先生说，像王女士这样病灶较深的脑外手术，以前要把四个钉子扎到颅骨上，戴着一个金属大框架，到处去做CT、核磁扫描。借助机械手臂，病人就可以抛掉大框架，借助机械手臂来定位，并为医生提供手术平台。医生通过手术台旁边的计算机屏幕，就可以为手术确定病灶点，原来至少要用半天时间才能完成的手术，现在30分钟就完成了。9时开始的手术，不到10时，王女士就轻松地走下手术台，“脑里面松快多了”，王女士笑着说。辅助手术机器人的研制者之一，海军总医院全军神经外科中心田增民教授介绍说，现在神经外科手术的发展趋势是追求安全性、微创性和精确性，使用机器人系统符合了这些要求，并且在微创伤方面获得了传统治疗方法不可比拟的良好效果。在使用机器人系统之前，国内外普遍采用的是有框架脑立体定向手术，即在患者的颅骨上钻4个小洞，然后固定一个金属框架。医生通过这个框架（也就是一个坐标系）来确定病灶的

脑外科机器人辅助系统 具体位置，并决定手术的位置。采用机器人系统，不但没有了固定框架给患者带来的痛苦和给医生带来的操作不便，而且提高了定位精度和操作的可视性，为患者最大限度地减少了手术创伤。

机器人在医疗方面的应用越来越多，比如用机器人置换髋骨、用机器人做胸部手术等。这主要是因为用机器人做手术精度高、创伤小，大大减轻了病人的痛苦。从世界机器人的发展趋势看，用机器人辅助外科手术将成为一种必然趋势。

口腔修复机器人 牙齿是人类健康的保护神，拥有一口结实、完好的牙齿是身体健康的保证。然而随着人年龄的增长，牙齿将会出现松动脱落。目前，世界上大多数发达国家都步入了老龄化社会，很多老人出现了全口牙齿脱落。全口牙齿脱落的患者，称为无牙颌，需用全口义齿修复。在我国目前有近1200万无牙颌患者。人工牙列是恢复无牙颌患者咀嚼、语言功能和面部美观的关键，也是制作全口义齿的技术核心和难点。传统的全口义齿制作方式是由医生和技师根据患者的颌骨形态靠经验，用手工制作，无法满足日益增长的社会需求。北京大学口腔医院、北京理工大学等单位联合成功研制出口腔修复机器人。

这是一个由计算机和机器人辅助设计、制作全口义齿人工牙列的应用试验系统。该系统利用图像、图形技术来获取生成无牙颌患者的口腔软硬组织计算机模型，利用自行研制的非接触式三维激光扫描测量系统来获取患者无牙颌骨形态的几何参数，采用专家系统软件完成全口义齿人工牙列的计算机辅助统计。另外，发明和制作了单颗塑料人工牙与最终要完成的人工牙列之间的过渡转换装置——可调节排牙器。

基于机器人可以实现排牙的任意位置和姿态控制。利用口腔修复机器人相当于快速培养和造就了一批高级口腔修复医疗专家和技术员。利用机器人来代替手工排牙，不但比口腔医疗专家更精确地以数字的方式操作，同时还能避免专家因疲劳、情绪、疏忽等原因造成的失误。这将使全口义齿的设计与制作进入到既能满足无牙颌患者个体生理功能及美观需求，又能达到规范化、标准化、自动化、工业化的水平，从而大大提高其制作效率和质量。

进入血管的机器人 在美国洛杉矶市举行的一次新闻发布会上，与会者在投影屏幕上看到了这样一组镜头：字幕：

口腔修复机器人 2005年的某一天，一个由直径只有30微米的齿轮装配成的小小机器人，被植入血管里。这个小小机器人像潜水艇一样在血液的河流中自由自在地游动着。一旦遇到血管中淤积或飘浮的胆固醇、脂肪，它们就毫不留情地扑上去，迅速将其撕烂嚼碎。同凶恶的病毒相遇时，它们也毫不畏惧，挺身而出。

可是，病毒是很狡猾的，它们眼看对方来势凶猛，往往会装出一副缩头缩尾的可怜相，好像已经投降；或者干脆一下子躺下，一动不动，似乎已经成了一具僵尸。机器人善良大度，它们大踏步地从这些已经放下武器的敌人身边走过。

但是，受到优待的病毒并没有就此罢休，等机器人擦肩而过后，它们一跃而起，开始从背后恶狠狠地攻击机器人，机器人不断倒下。

您别着急，这些机器人体内有纠错程序。它们中的许多机器人在吃了一次亏之后，只要不是光荣牺牲，它们便能自动调整行为方式。于是，机器人不再老实可欺。它们见到病毒后，不管它们如何伪装，非要杀它个片甲不留。

病毒也随机应变，当它们同机器人相遇时，便拼命膨胀躯体，虚张声势，竭力装出一副凶神恶煞的模样。可是，大脑内藏有“超级勇敢”程序的机器人，英勇善战，视死如归，决心以自己的生命来捍卫主人的健康。于是机器人同病毒进行了激烈的大搏杀。最后，病毒被不断歼灭。病毒的碎块不断渗透出血管，流入肾脏，通过尿液排除体外。于是动脉畅通无阻，人体更加健康。

上述有关超微技术的剧情，是根据科学家的设想编造出来的，但这并不是无法实现的梦想，随着微机电技术的发展，幻想正一步步走向现实。