有了它，才有了家用教育娱乐机器人的灵魂

家用教育娱乐机器人是集电子技术、计算机技术、控制技术和人工智能等多种技术于一体的嵌入式系统硬件产品，他的普及与广泛应用是未来机器人行业发展的必然趋势。该类型产品的实现需要结合运动控制、导航与视觉识别、传感器数据采集、智能监控及人工智能等多项技术。作为这些技术的硬件载体，机器人控制器是家用教育娱乐机器人的灵魂，机器人控制器的选择不但决定了产品的主要功能及成本，也成为家用教育娱乐机器人产品成功与否的关键。

区别于其他的智能硬件产品，家用教育娱乐机器人几乎具备了人的一切特征。这其中，被称为机器人核心技术的“两器一系统”是这些特征的关键组成部分：机器人控制器好比是人的大脑，配合应用软件使机器人有了思维、语言、记忆及情感；机器人传感器就是人的五官，使机器人有了和人一样，甚至比人更灵敏的视觉、触觉、嗅觉及听觉；伺服驱动系统与机器人本体组成了人的四肢和躯干，可以让机器人比人跑得更快，跳得更远。试想，这样的马儿跑的好，还不吃草，只要价格能够接受，哪个家长不想请这样的一个机器人作为孩子的成长顾问与生活伴侣呢？

孩子们的掌中宝——桌面型互动机器人

桌面型互动机器人通常体积较小，功能以互动娱乐为主，且不需要复杂的运动控制，处理器的选用通常为采用ARM体系结构的中低端手机或者平板电脑的芯片。产品的实现相对简单，是家用教育娱乐机器人的入门级产品，也是家用机器人厂商纷纷争抢的市场。但是这类产品往往要通过增强人机交互体验来体现机器人的价值，否则会被手机和平板电脑抢走他们的饭碗。

图1大华乐橙小乐机器人

JIBO机器人的核心是一款来自著名GPU生产厂商英伟达的JetsonTX1处理器，内部具有四核ARMCortex-A57架构微处理器，单核频率达到1.73GHz，同时具有256核GPU，非常适用于图像识别及视觉应用的算法加速。JIBO机器人内部拥有大量的电子部件，包括高分辨率立体相机、六个麦克风、一对音箱、一个LCD触摸屏、两个冷却风扇、WiFi和蓝牙模块、LED灯、触控传感器等。将TX1处理器和这些硬件进行连接，就构成了机器人的硬件结构。

图2JIBO家宝机器人外观及内部结构图

图3JIBO家宝机器人硬件框图

JIBO设计中最巧妙的部分是其身体结构。他包含三个大致圆柱形的结构，分别用作基座、躯干和头部，它们之间按一定的角度连接在一起。当机器人转动时，这三个部件之间也会发生相对移动，表现出各种各样的姿势。旋转动作是通过机器人体内的三个直流电机和传动带共同完成的，整个过程非常平稳，也不会产生噪声。机械结构上实现360°旋转，无限位，所有的电线都位于机器人躯体的中心，以免在旋转时缠绕起来。

保姆管家一把抓——轮式家用机器人

轮式家用机器人通常依靠双轮驱动，使机器人能够在家中自由的行走。他们不仅能够陪伴儿童，看护老人，且能够通过自主导航技术在家中巡逻，报告家中的异常情况，是一种集多种功能于一身的管家机器人。由于价格相对较高，轮式家用机器人的销量要低于桌面型的互动机器人，但随着功能的不断完善和成本的不断降低，轮式家用机器人将会成为未来几年内家用机器人的主流产品。

图4雷动云合管家机器人雷大白

北京进化者小胖机器人是一款功能丰富的家用教育娱乐机器人，他的身高达到1米，可以通过导航功能在室内自主行走，他的功能包括了教育功能、娱乐功能、服务功能、智能监控几个大类，定位于高端家用市场，为家庭成员们量身定制了一个智能伙伴。

图5进化者小胖机器人结构图

小胖机器人目前拥有标准版和尊享版两个版本，标准版官网售价为12988元，尊享版与标准版相比拥有更高的性能及更大的存储空间，售价为16988元。此外，进化者还提供小胖的商用版，可根据需求定制小胖机器人的功能，并对微型投影仪和空气净化等功能模块进行选配，使得小胖机器人在商用领域具有一定的价格优势。

图6进化者小胖机器人硬件框图

麻雀虽小，五脏俱全——双足教育机器人

提到小型的双足机器人，来自法国AldebaranRobotics公司的NAO机器人具有举足轻重的地位。他是世界范围内学术领域中应用最广泛的双足机器人，他的身高为58cm、体重5.4kg，拥有25个自由度，因取代了索尼的机器狗AIBO成为机器人世界杯比赛的标准平台而世界闻名。目前超过6000个NAO机器人已被全球50个国家的1000多所高校和实验室购买作为研究工具。

图7NAO机器人外观及传感器分布图

图8NAO机器人硬件框图

NAO机器人的一个重要特性是它具有摔倒管理器及摔倒后的自动站立功能。无论机器人向哪个方向摔倒，他都能够通过加速度计和陀螺仪实时检测自身的位姿并通过内置的摔倒保护程序自动站起。

图9优必选双足机器人Alpha家族

在价格方面，Alpha2的官网售价是19999元，Alpha1Pro价格是4999元，Alpha1S售价是3999元，可根据个人需求选购不同的产品。

未来五年——迎接家用教育娱乐机器人的抢滩登陆

随着生活水平的不断提高，人民对生活质量的要求也日益提高。伴随着二孩政策的全面放开，家用教育娱乐机器人的需求量必会与日俱增，市场上的各类机器人产品的竞争也会更加激烈。机器人厂商想要在这片市场上率先抢滩登陆，就要在硬件处理器的选择和成本的控制上进行一番较量。

通过对桌面型互动机器人、轮式家用机器人、双足教育机器人这三个市场比较有代表性的家用教育娱乐类型的机器人产品的介绍以及硬件方案的分析，可以总结出这些机器人在控制器及硬件方案选择上存在的差异。因为高性能的处理器往往价格不菲，机器人厂商在选择机器人控制器时会对机器人的产品类别进行定位，对功能进行一番取舍。桌面型陪伴机器人的功能以互动娱乐为主，控制器的选择倾向于性价比高的ARMv7架构处理器；双足机器人的步态控制较为复杂，驱动电机众多且较为昂贵，功能上注重二次开发与编程，目前更多的被用于学校的教学研究及机器人大赛，处理器则以x86架构或ARM架构的单板电脑为主；以小胖机器人为代表的较大型的家用服务机器人则整合了智能家居、互动娱乐、自主导航与定位等多种功能，处理器则选用更高性能的ARMv8架构的处理器或具有高性能GPU的英伟达JetsonTX1/TX2系列处理器。

未来五年，随着硬件迭代速度的进一步提升以及行业硬件及传感器解决方案的不断成熟，硬件价格的竞争将告一段落。随着视觉导航、人工智能等技术在家用机器人上的不断发展，处理器的选择更倾向于运算能力更快的嵌入式系统平台，而软件算法的竞争将会日趋白热化，人脸识别、机器学习、人机交互等功能的完美体验将成为产品在竞争中胜出的关键。虽然目前处理器价格较高，软件算法还有待进一步完善，但随着机器人控制器、传感器、伺服驱动系统技术的不断成熟及软件算法的不断革新，相信家用智能机器人服务千家万户的理想不久就会成为现实！