本书系统、全面地介绍了服务机器人的设计、开发及应用场景，旨在为读者提供全面的知识和技术指导。全书共分四部分，涵盖从基础知识到高级应用的广泛内容。第一部分：基础知识，介绍服务机器人的概念、分类和发展历程，详细探讨服务机器人的基本组成，涉及感知技术和交互技术，为后续章节打下基础。第二部分：核心技术，深入讲解服务机器人的关键技术，特别是感知与交互技术，此外还介绍了计算机视觉、自然语言处理（NLP）、自动语音识别（ASR）等AI技术的应用，展示服务机器人在智能化和人性化方面的进展。第三部分：应用场景，聚焦于服务机器人在不同行业中的实际应用，如智能家居、医疗健康、安全应急、商业金融等领域。第四部分：行业发展，讨论了服务机器人带来的社会影响及其伦理道德考量。
本书适合作为高等职业院校服务机器人技术与应用、人工智能及相关专业的教材，也可作为对服务机器人及相关领域感兴趣的读者的参考书。

服务机器人是能够半自主或全自主工作的智能设备，主要用于非制造业场景中执行各种服务任务，旨在提高效率、减少人力成本并改善服务质量。服务机器人集成了先进的感知技术（如视觉、听觉和触觉传感器）与交互技术（如自然语言处理和情感计算），确保在复杂环境中灵活操作并与人类自然互动。其主要应用领域包括医疗健康（如手术辅助、康复训练）、智能家居（如清洁、安保）、商业服务（如导览、客服）、物流运输（如货物搬运、自动配送）以及公共安全（如灾害响应、环境监测）等。服务机器人不仅提升了工作效率，还为用户带来了更加便捷和人性化的体验。
学习服务机器人知识的必要性主要体现在以下几个方面：
（1）技术发展趋势。随着人工智能、物联网和自动化技术的快速发展，服务机器人正逐渐成为各个行业的关键组成部分。掌握相关知识有助于紧跟科技前沿，理解并适应这一重要趋势。
（2）职业发展机遇。服务机器人的广泛应用催生了大量新的就业岗位，学习相关技能可以为个人职业发展开辟新路径，提升就业竞争力。
（3）提高效率与创新。了解服务机器人可以帮助企业和组织优化业务流程，提高生产和服务效率。同时，它也促进了跨学科的创新思维，推动新产品和服务模式的开发。
（4）应对社会变化。服务机器人正在深刻改变人们的生活方式和社会结构。通过学习相关知识，能够更好地理解和应对这些变化，促进科技与人文价值的和谐统一。
（5）伦理与社会责任。随着服务机器人在日常生活中的普及，隐私保护、责任归属等问题日益凸显。学习相关知识有助于培养正确的伦理观念和社会责任感，确保技术应用符合道德标准和公共利益。
总之，学习服务机器人知识不仅是为了应对当前技术变革的需求，更是为了在未来智能社会中占据有利位置，实现个人与社会的共同发展。
“服务机器人技术与应用”是一门知识性和应用性都很强的课程。本书针对职业教育高等职业院校服务机器人技术与应用、人工智能及相关专业，系统、全面地介绍了服务机器人相关的基本知识和技能。全书共分四部分，涵盖从基础知识到高级应用的广泛内容。第一部分：基础知识，包括单元1~4，介绍服务机器人的概念、分类和发展历程，详细探讨服务机器人的基本组成，涉及感知技术和交互技术，为后续内容打下基础。第二部分：核心技术，包括单元5~9，深入讲解服务机器人的关键技术，特别是感知与交互技术，此外还介绍了计算机视觉、自然语言处理（NLP）、自动语音识别（ASR）等AI技术的应用，展示服务机器人在智能化和人性化方面的进展。第三部分：应用场景，包括单元10~13，聚焦于服务机器人在不同行业中的实际应用，如智能家居、医疗健康、安全应急、商业金融等领域。第四部分：行业发展，包括单元14、15，讨论了服务机器人带来的社会影响及其伦理道德考量。
本书的主要特色如下：
（1）通俗易懂，案例丰富。本书覆盖与服务机器人技术相关的各个知识点。深入浅出的文字、丰富生动的案例以及与各行业密切结合，十分适合读者了解和学习服务机器人知识。
（2）架构清晰，融合创新。本书简述了服务机器人及其意义，阐述了服务机器人与人工智能、大数据、物联网、云边协同计算等重要概念之间的密切关系，有利于读者从宏观的角度把握元宇宙技术与应用的发展趋势。
（3）辅助教学，资源丰富。本书配套完整的教学PPT、教学文件、与各单元结合的练习及参考答案等，帮助读者学习理解和掌握应用服务机器人技术，可从中国铁道出版社教育资源数字化平台（https://www.51eds.com/51eds）下载学习。

目  录

第一部分 基础知识
单元1 概述 ................................2
1.1 服务机器人概述 ....................3
1.1.1  服务机器人的概念 .........3
1.1.2  服务机器人的
发展历程 .........................3
1.1.3  服务机器人的
主要作用 .........................4
1.2  服务机器人与工业机器人的区别 ........................................5
1.3 服务机器人应用场景 ............6
1.3.1 医疗健康 .........................6
1.3.2 家庭环境 .........................8
1.3.3 商业服务 .........................8
1.3.4 公共服务 .........................9
1.3.5 教育培训 .........................9
1.4  服务机器人应用AIGC
技术 ........................................9
1.4.1 AIGC的定义 ...................9
1.4.2 AIGC的应用优势 .........10
【练习】 ...........................................11
【实训与思考】DeepSeek大模型
 应用初探 ...................................13
单元2 机械设计基础 ...............16
2.1 材料的选择与特性 ..............17
2.1.1 材料特性与分类 ...........17
2.1.2 材料选择的因素 ...........18
2.2  传感器与执行器工作原理 .....19
2.2.1  服务机器人主要
技术参数 .......................19
2.2.2 感知与驱动能力 ...........20
2.2.3  传感器和执行器
设计因素 .......................21
2.3 机器人感知系统 ..................22
2.3.1  机器人的感觉分类 .......22
2.3.2  位置（位移）
传感器 ...........................23
2.3.3  速度和加速度
传感器 ...........................23
2.3.4  视觉与接近觉
传感器 ...........................24
2.3.5 力/力矩传感器 ............25
2.3.6 碰撞检测传感器 ...........25
2.3.7  声觉与听觉传感器 .......25
2.3.8  触觉与滑觉传感器 .......26
2.3.9  温度与湿度传感器 .......26
2.3.10 其他传感器 .................26
2.4 机器人驱动系统 ..................27
2.4.1 液压驱动系统 ...............27
2.4.2 气动驱动系统 ...............28
2.4.3 电动驱动系统 ...............28
【练习】 ...........................................29
【实训与思考】服务机器人应用
 机械设计原理 ...........................31
单元3  电子电路与嵌入式
系统 ..............................34
3.1 基础电子元件及其功能 ......35
3.2 微控制器编程 ......................37
3.3 接口技术与通信协议 ..........40
3.4 嵌入式系统 ..........................42
【练习】 ...........................................44
【实训与思考】电子电路与嵌入式
 系统应用典型案例 ...................46
单元4 编程语言与操作系统 .....50
4.1 常用编程语言简介 ..............51
4.2 机器人操作系统（ROS）  ....52
4.2.1 ROS架构 ......................53
4.2.2 ROS版本 ......................53
4.2.3 ROS开发流程 ..............53
4.2.4 ROS生态 ......................54
4.3  ROS的Python接口
rospy .....................................54
4.3.1 安装与配置 ...................55
4.3.2 核心概念 .......................55
4.3.3 常用工具与命令 ...........56
4.3.4 实践案例 .......................58
4.4 算法基础与数据结构 ..........59
4.4.1 算法基础 .......................59
4.4.2 数据结构 .......................60
4.4.3 实践建议 .......................61
【练习】 ...........................................61
【实训与思考】计算机科学
 与编程语言应用典型案例 .......63
第二部分 核心技术
单元5 感知和交互 ...................68
5.1 感知概述 ..............................69
5.1.1 视觉感知 .......................70
5.1.2 听觉感知 .......................70
5.1.3 触觉感知 .......................71
5.1.4 环境感知 .......................71
5.2 视觉系统构建 ......................71
5.2.1 摄像头选型 ...................72
5.2.2 图像处理 .......................73
5.3  自然语言处理
与语音识别 ..........................74
5.3.1 自然语言处理 ...............74
5.3.2 语音识别 .......................75
5.3.3 集成与应用 ...................76
5.4 交互的概念 ..........................76
5.5 人机界面设计原则 ..............77
5.5.1 核心设计原则 ...............77
5.5.2 具体设计要素 ...............78
【练习】 ...........................................79
【实训与思考】感知与交互的
 案例研究 ...................................81
单元6 定位与导航 ...................84
6.1 定位技术 ..............................85
6.1.1  全球导航卫星系统 .......85
6.1.2 其他定位技术 ...............87
6.2 导航技术 ..............................89
6.3 定位/导航技术选择因素 .....91
6.4 地图表示方法 ......................95
6.5 地图管理策略 ......................96
【练习】 ...........................................98
【实训与思考】服务机器人定位
 与导航的案例分析 .................100
单元7 运动控制 ....................101
7.1 运动学基础 ........................102
7.1.1 正向运动学 .................102
7.1.2 逆运动学 .....................103
7.1.3 动力学 .........................104
7.1.4 线性控制 .....................104
7.1.5 常用运动学构形 .........105
7.2 运动机构原理 ....................105
7.2.1 连杆机构 .....................106
7.2.2 齿轮传动 .....................106
7.2.3  运动控制系统架构 .....107
7.2.4 设计考虑因素 .............108
7.3 运动控制的主要技术 ........109
7.4 特殊类型的运动控制 ........110
7.5 力矩控制与轨迹跟踪 ........111
7.5.1 力矩控制 .....................112
7.5.2 轨迹跟踪 .....................112
7.6  移动平台的速度控制
与稳定性保证 ....................114
7.6.1 速度控制 .....................114
7.6.2 稳定性保证 .................115
【练习】 .........................................116
【实训与思考】运动控制的
 案例研究 .................................118
单元8  人工智能与机器
学习 ............................120
8.1 人工智能的实现途径 ........121
8.2 机器学习 ............................123
8.2.1 机器学习概述 .............124
8.2.2 监督学习 .....................124
8.2.3 无监督学习 .................125
8.2.4 强化学习 .....................125
8.3 深度学习 ............................126
8.4 算法基础与AI算法 ..........127
8.4.1 传统算法 .....................127
8.4.2 人工智能算法 .............127
8.4.3 应用场景对比 .............128
8.4.4  服务机器人算法
应用 .............................129
8.5 服务机器人智能体 ............129
8.5.1  智能体的主要特性 .....129
8.5.2  智能体的功能组件 .....130
【练习】 .........................................130
【实训与思考】在视觉识别中
 应用深度学习 .........................132
单元9 物联网与边缘计算 ......135
9.1 物联网技术 ........................136
9.1.1 核心要素 .....................136
9.1.2 设备互联 .....................137
9.1.3 远程监测与控制 .........137
9.1.4  物联网应用与服务 .....137
9.1.5  物联网与服务
机器人 .........................140
9.2 车联网技术 ........................141
9.2.1 V2X通信类型 ............141
9.2.2 车联网关键技术 .........141
9.2.3  车联网与服务
机器人 .........................142
9.2.4 车联网应用场景 .........143
9.3 边缘计算 ............................143
9.3.1  边缘计算的关键
特点 .............................144
9.3.2 本地数据处理 .............145
9.3.3  隐私保护与安全性 .....145
9.3.4  智能优化与自适应 .....145
9.3.5  边缘计算与服务
机器人 .........................146
9.4 云边协同作业 ....................146
9.4.1 云计算的优势 .............146
9.4.2 云计算服务形式 .........147
9.4.3  云边协同相辅相成 .....149
9.5 大数据与服务机器人 ........149
【练习】 .........................................150
【实训与思考】物联网与边缘
 计算的应用实例 .....................152
第三部分 应用场景
单元10 智能家居服务 ...........156
10.1  智能家居服务的
系统构成 ..........................157
10.1.1 硬件层 .......................157
10.1.2 软件层 .......................160
10.1.3 通信网络 ...................161
10.1.4 用户界面 ...................163
10.1.5 云服务平台 ...............163
10.1.6  人工智能与机器
学习 ...........................163
10.2 智能家居服务的作用 ......164
10.3 集成与优化 ......................166
【练习】 .........................................168
【实训与思考】熟悉家用清洁
 机器人设计实例 .....................170
单元11 医疗健康服务............173
11.1 医疗健康服务的角色 ......174
11.2 辅助诊疗实践 ..................176
11.2.1  数据采集与分析 .......177
11.2.2 影像解读 ...................177
11.2.3 远程医疗支持 ...........178
11.3 手术辅助 ..........................178
11.3.1 术前规划 ...................179
11.3.2  术中导航与操作 .......179
11.3.3 术后护理 ...................179
11.4 康复辅助设备的研发 ......180
11.4.1  需求分析与用户
调研 ...........................180
11.4.2  技术创新与应用 .......180
11.4.3 用户体验优化 ...........181
11.4.4  成本控制与市场
策略 ...........................181
11.4.5  法规遵循与认证
获取 ...........................182
11.4.6  持续改进与迭代
更新 ...........................182
11.5  导诊/陪护机器人工作
流程 ..................................183
11.5.1 初始化与准备 ...........183
11.5.2 接待与引导 ...............183
11.5.3 导航与陪伴 ...............184
11.5.4  挂号与预约管理 .......184
11.5.5 候诊区服务 ...............184
11.5.6  诊疗过程中的辅助 .....185
11.5.7 出院后的跟进 ...........185
11.6 医疗机器人发展展望 ......185
【练习】 .........................................186
【实训与思考】医疗健康服务
 机器人的案例研究 .................188
单元12 安全应急服务 ...........190
12.1  安全应急服务的功能
与场景 ..............................191
12.1.1  实时监控与预警 .......191
12.1.2  自主导航与避障 .......192
12.1.3  灾害响应与救援 .......192
12.1.4 医疗急救支持 ...........193
12.1.5 协同作战能力 ...........194
12.1.6  安保巡逻与保障
通信 ...........................195
12.1.7  救灾、重建
与恢复 .......................195
12.2  灾害救援机器人的
任务规划 ..........................196
12.2.1 任务需求分析 ...........197
12.2.2  技术选型与配置 .......197
12.2.3  路径规划与导航 .......198
12.2.4 通信保障 ...................198
12.2.5  协同作业与指挥
调度 ...........................199
12.2.6  维护与技术支持 .......199
12.3  消防灭火机器人的
特殊要求 ..........................200
12.3.1 环境适应性 ...............200
12.3.2  安全性与防护措施 .....201
12.3.3  远程操控与自主
能力 ...........................201
12.3.4  探测与监测功能 .......201
12.3.5  作业性能与效率 .......202
【练习】 .........................................202
【实训与思考】应急服务机器人
 案例研究 .................................204
单元13 商业金融服务 ...........206
13.1  商业金融服务的机器人
角色 ..................................207
13.2 区块链技术 ......................208
13.2.1 区块链的定义 ...........209
13.2.2 区块链的特征 ...........209
13.2.3  区块链与服务
机器人 .......................209
13.3 金融服务应用场景 ..........210
13.4  餐厅服务机器人方案
探讨 ..................................212
13.4.1  应用场景与功能
定位 ...........................212
13.4.2 用户体验设计 ...........213
13.4.3 成本效益分析 ...........213
13.4.4  维护与技术支持 .........213
13.5  商场导购服务的用户
体验设计 ..........................214
13.5.1  功能定位与服务
范围 ...........................215
13.5.2 交互界面设计 ...........215
13.5.3 导航与路径规划 .......215
13.5.4  个性化服务与情感
连接 ...........................216
13.6  金融服务机器人方案
探讨 ..................................216
13.6.1 需求分析 ...................217
13.6.2 技术架构 ...................217
13.6.3 功能模块设计 ...........218
13.6.4 用户体验优化 ...........218
【练习】 .........................................219
【实训与思考】金融服务机器人
 案例研究 .................................221
第四部分 行业发展
单元14  服务机器人行业
伦理 ..........................224
14.1  服务机器人的社会
影响 ..................................225
14.1.1  经济效益与产业
结构调整 ...................225
14.1.2  生活方式与生活
质量改善 ...................225
14.1.3  就业市场与教育
体系变革 ...................226
14.1.4  文化和心理层面的
影响 ...........................226
14.1.5  伦理道德与法律
挑战 ...........................226
14.2 伦理道德考量 ..................227
14.3 社会责任履行 ..................230
14.4 法律法规建设 ..................231
【练习】 .........................................231
【实训与思考】专业伦理的
 案例分析 .................................234
单元15  产业展望与就业
指导 ..........................235
15.1 服务机器人市场分析 ......236
15.2 政策环境与标准法规 ......237
15.3 发展展望 ..........................239
15.3.1 技术发展趋势 ...........239
15.3.2 市场需求导向 ...........241
15.3.3 产业链完善 ...............241
15.3.4 法规与伦理考量 .......241
15.4 就业指导 ..........................241
15.4.1 职业路径规划 ...........242
15.4.2 技能培训 ...................243
15.4.3 求职渠道 ...................243
15.5 创业支持 ..........................243
【练习】 .........................................244
【实训与思考】产业现状与发展
 展望的案例研究 .....................246
附录A 练习参考答案 ........................................................................249
参考文献 .............................................................................................252

裘浙东，双师型高级教师。现为嘉善技师学院电子电工学科组长、工业机器人专业负责人、创新创业基地负责人、嘉兴市裘浙东技能大师工作室领衔人。先后授予“全国技术能手”“长三角太浦英才”“浙江工匠”“浙江最美教师”等荣誉称号。主要从事机电一体化、工业机器人、电气自动化专业相关的实训教学、技能竞赛辅导、社会技能培训以及企业机电技术设备改造。个人荣获各类国家级大赛一二等奖6次；制定国家职业技能标准2项；荣获国家级创新成果2项；授权国家专利15项；主持国家级、省市级规划课题6项；多篇论文发表和评比获奖；指导学生参加“振兴杯”全国青年职业技能竞赛、全国职业院校技能大赛等赛项荣获国家级奖项10多次，省市级200多次。周苏，1982年华东水利学院计算机应用专业本科毕业，1986年由水电部研究所调入杭州大学计算机系任教，1991年破格晋升副教授，1999年调入浙江大学城市学院计算机系任教，2005年晋升教授。在杭州大学、浙江大学、浙江大学城市学院、浙江工业大学之江学院、温州大学城市学院、嘉兴学院南湖学院、温州职业技术学院等多所院校专兼职任教，教学经验丰富。 长期从事计算机等专业教学工作，担任计算机基础、计算机导论、软件工程、软件测试技术、软件体系结构、电子商务概论、移动商务、多媒体技术、项目管理、管理信息系统、应用统计学、C语言程序设计、面向对象程序设计、网络传播技术、网络生态学、人机交互技术、艺术设计概论、艺术欣赏概论、计算机平面设计、信息管理与信息系统概论、信息资源管理、办公软件高级应用、IT应用文写作等课程的教学，对计算机学科教学以及应用型院校教学有深刻理解。

本书覆盖与服务机器人技术相关的各个知识点。深入浅出的文字、丰富生动的案例以及与各行业密切结合，十分适合读者了解和学习服务机器人知识。