汪家辉
西安邮电大学自动化学院 陕西省西安市 710061
【摘要】本文主要以机器人在物联网智能家居中的作用研究为重点进行阐述，首先分析物联网智能家居机器人基础概述，其次从智能家庭机器人设计、无线网关设置、实施远程医疗监督、智能化设备与能源管理几个方面深入说明并探讨机器人在物联网智能家居中的作用思考，最后阐述物联网智能家居机器人发展的局限性，不断凸显物联网智能家居中应用机器人的价值与作用，最大化的推动社会发展创新，旨意在为相关研究提供研发思路以及参考文献。
【关键词】机器人；物联网；智能家居；作用体现
目前，我国不断创新人工智能技术，人们给予生活质量的要求逐步严格化，对家居智能化的需求量日益增加，使得在很大程度上推动智能家居行业的创新。智能家居正在逐渐代替传统市场，发展为家具市场规模扩展的主力军，今后在智能化技术的运用中，势必会凸显智能家居的重要地位。物联网环境中的智能家居多项工作质量提升过程中，应该充分体现机器人的重要作用，基于此笔者进行具体的研究。
一、物联网智能家居机器人基础概述
围绕物联网先进技术，形成完整的智能家居机器人结构系统，宏观上，关键的功能有以下几点。第一点是智能家居机器人给予家庭居住信息和能源运用情况进行实效性的管理，机器人能够动态监督家具基础设备的运行情况，依托无线传感器收集诸多的信息，通过中央处理器加工信息，实施智能化的设备管理工作【1】。第二点是智能家居机器人能够查询与传递家居环境，开展针对性的预警操作。基于网络环境运行，机器人给用户传递家具基础设备的消息，用户远程操控机器人，对应的机器人开展多项工作操作，优化家居环境。第三点是智能家居机器人进行远程医疗，利用医疗传感器赋予机器人更多的功能，用户监督家庭中幼儿以及老人的身体状态，医疗单位可及时获取对应信息数据，落实智能化的医疗服务。技术上，需要考虑的核心要素有以下几点。第一点是计算机系统的选取，智能家居作为泛人工智能中的重要组成部分之一，其行使的功能也较为突出，所以无论从系统效率上，还是经济效益上，都建议使用专用计算机系统，例如使用较为广泛的嵌入式系统，其内核小、专用性强以及软硬件可裁剪的特点在智能家居中显得极为突出。第二点是内核的选取，以嵌入式系统搭载的内核为例，相较于市场上使用已经极为广泛的ARM7内核，目前无论从效率层次上还是功耗层次上，站在前沿的当属Cortex系列的内核，从智能家居所要求的高性能、低成本以及控制精准度等指标来看，选择主要应用于工业控制的Cortex_M系列微处理器即可满足大部分需求，在此基础上，如果对于人工智能程度非常高，应用于尖端场所例如实验室的智能家居控制，此时选择Cortex_A系列微处理器是较为合理的选择。
二、机器人在物联网智能家居中的作用思考
纵观智能家居机器人先进技术水平，相关的研究成果比较多，在市场的运作过程中占据一定地位。近几年世界上最为尖端的机器人制造公司——波士顿动力公司所研究的波士顿狗，其稳定性、可持续性以及高度智能化，在智能家居市场内已经得到了充足的印证，该机器人在智能家居民用市场中，主要用来陪伴家人与安防，该型号机器人拥有仿生犬类的外表以及极其稳定和流畅的步态算法，达到了高度仿生的级别，容易受到人类的认可，波士顿狗不仅可以在屋子内部巡视，管控智能化电器，并可以使用自携带的六个自由度以上的柔性机械臂对目标进行直接的修正和调整，同样，也可以和人类进行最为直接的人机交互，例如撒娇、端茶倒水、讲故事与播放音乐，提醒及时用药等具有感性的行为。我国的智能家居机器人技术应用现状，扫地机器人与服务机器人具备显著的技术开发能力，已经具有较为成熟的技术并大规模投放到智能家居市场当中，广泛的存在于人们日常生活中并获取良好的效益，可以说智能家居机器人可以做到许多事情，给人们的工作与生产带来便捷条件【2】。
（一）智能家庭机器人设计。智能化家居系统结构中，机器人起到重要的作用，涉及家庭定位系统、脱机自主运行系统、视频监控系统、短信发送设备、无线控制器五个结构部分，其中脱机自主运行系统是机器人首要运行的系统，只有在无法进行自调整的特殊情况，并确认此条件成立时，再进行人工远程干预进行状态调整，其余系统不分主次，恒常的存在于智能机器人运行过程中的各个环节。
家庭定位系统中，智能家庭机器人安装了综合性空间定位系统，使用ROS操作系统中的Localization算法，即基于摄像头、GPS\BD、IMU惯性测量单元、激光雷达、MPU6050陀螺仪等多种传感器综合使用，将得到的多种空间参数例如三维坐标XYZ、欧拉角φθΨ及其微分等参数，经过基于扩展卡尔曼滤波(KEF)以及无迹卡尔曼滤波(UKF)处理得到准确的定位坐标，使得机器人获得指明确切的定位。特别是突发事件产生时，机器人即刻监控视频，自动启动定位系统对事故现场进行操作。
脱机自主运行系统中，当机器人脱离用户时，即脱机自主运作时，使用ROS操作系统来保证机器人的高度自主化和智能化，视觉自主层次上，可利用ROS中的OpenCV视觉操作系统对机器人所遇见的环境进行自主判别并执行相应的动作，导航层次上，利用例如国际上广泛使用的激光雷达传感器，实现laser_based SLAM,快速构建出室内的二维地图便于机器人的运作以及自主管理。
视频监控系统中，物联网条件下的智能家庭机器人集中通过视频与短信的形式保障机器人可以稳定运作，摄像头设置获取家居环境的信息变化，通过数据线衔接摄像头和omap36x0处理器，压缩加工视频流，调整为对应的标准化信息传递数值【3】。依托无线网关将音频信息传递给用户，还可在本地区进行音频信息保存。
短信发送系统中，当智能机器人在无法处理某一情况时，此时无论该情况属于何种类型，都会使得机器人本体陷入到一种循环处理状态，此时可通过精准定时功能，例如用定时器进行定时，对比预设的循环处理时间，或者用定时器的计数功能对比预设的循环处理某一事件的次数——类似常规使用的看门狗功能，只不过改为人工干预而不是自主复位——如果超出预设值，则确定为无法被自主处理的情况，此时智能机器人可以把此时的提醒信息发送给用户，用户收到提醒后，依托终端进行动态处理，通过观察家庭环境信息的变化，对家庭机器人进行重新调整。
无线控制系统中，通过手机上位机，类似无人机的控制平台，依托图传摄像头以及esp8266网络信息传输模块，对智能机器人进行调整，使其重新调整后回到自主脱机模式。
（二）无线网关设置。无线网关是管理无线传感器、联动设备信息传输以及接受的终端，其可以给用户提供操作终端指数，有效的完成信息数据传输。管理基础设施在发布指令之后，对应的联动设备会获取无线网关传递的指令【4】，机器人在无线网关的信息指导下实施对应操作，由此展现智能家居机器人存在的作用。
（三）实施远程医疗监督。立足于实际的智能家居发展情况，远程医疗与智能控制系统的结合发展为后续的转变趋势。结合物联网先进技术设计智能家庭机器人期间，应选择远程医疗模式完成机器人设计，保障机器人具备远程监控医疗的作用。凭借机器人自身的esp8266模块，利用医疗传感器动态监督家庭成员实际健康指数，同时编码加工对应的数据，最终通过云端医疗监控系统进行诊断，保存诊断信息数据，完成信息传输到用户终端的过程，便于给用户提供查看信息。若存在着紧急情况，机器人会进行报警处理，这样采取最快的救助，体现远程医疗互动有效性。
（四）智能化设备与能源管理。物联网模式下的家居机器人能够进行家具照明，控制好能源设备和照明设备的开关，依托指令开展调光操作，用户利用计算机软件与收集终端实施远程操作。智能家居机器人配备家具照明与能源自动管理软件，用户在回家之前启动光源，机器人按照用户的具体位置提供对应灯光【5】。若用户外出，家居机器人可对智能化设备进行查询和监控，尤其是空调运行、门窗与煤气等对安全系数要求较高的设备进行监控，如果出现了较为紧急的情况，家居机器人会在第一时间进行应急调整，继而把当前信息发布给用户端口，用户则对当前的调整状态进行一次再调整之后从用户终端再将调整值返回，机器人则按照对应指令进行操作，全面给用户提供绿色化与舒适化的生活环境。
三、物联网智能家居机器人发展的局限性
智能家居机器人的发展受到一些因素影响，第一个因素是平台构建，实际的智能化家居机器人市场运作中存有炒作的倾向，具体的智能化水平无法保障，不能全方位挖掘智能家居产品的功能，给用户提供高层次的使用条件。在安装与调试机器人过程中，相关人员应意识到机器人的应用性能，才可更好的排除机器人发展阻碍；第二个因素是目前的机器人仅仅是伪人工智能，所有的情感来源于数据库，即便机器人可对人类的动作进行模拟，实施语音对话与肢体动作，然而总体的智能化表现出机械特征。换言之智能化家居机器人的制作不能上升为情感层面共鸣，即便是具备陪伴功能与社交功能的机器人，也仅仅完成简便的语言编程，不能有效的和主人进行情感沟通，所以在物联网家居机器人情商发展期间应更多的注意，加大力度对机器人的情感功能进行改进与创新，保证物联网模式下家居机器人可全面彰显自身优势【6】，给人们带来思想行为等多个层面的满足，提高人们生活质量。
结束语
综上所述，智能家居领域内应用机器人存在一定的发展前景和市场扩展空间，人们给予智能家居的需求逐步严格，机器人技术的创新也要随之兴起，今后的国家发展中会持续化的改进机器人先进技术，服务于家具市场发展与人类生活。物联网智能家居体系设计中，应及时的体现机器人功效，对家居的基础设备和每一个家居组成部分进行监督与管理，找到智能家居设施运作存在的问题，针对性纠正，在提高人们生活质量的同时推动智能化家具领域的经营。
【参考文献】
[1] 刘超、徐志方、王方前、崔九梅、居文军. 面向智能家居的物联网操作系统应用框架设计[J]. 现代电子技术, 2020, v.43;No.574(23):151-153+157.
[2] 汪东芳. 智能家居机器人的研究与开发[D]. 南京理工大学, 2019.
[3] 王青青, 焦帅峰, 牛伟哲. 基于移动机器人的室内环境监控系统[J]. 电脑迷, 2019, No.01(01):35-35.
[4] 姜金涛, 严向华, 孟翔芸,等. 一种基于ROS系统的物联网智能家居机器人:, CN210819528U[P]. 2020.
[5] 张逸彬, 施妍. 基于Android平台的传感器在物联网智能家居中的应用探索[J]. 科学与信息化, 2019, 000(008):20.
[6] 姚晓峰, 章伟, 武利秀. 物联网在智能家居中的应用[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊), 2019, 564(01):189-190.