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随着经济发展，生活节奏的不断加快，以及社会人口老龄化加剧、环境恶化、自然灾害频繁、贫富差距过大等社会问题日益凸显，智慧城市的建设也就不仅仅停留在打造智能、优质、便捷的生活服务系统，而应着眼于逐步提高公共管理服务水平，在解决社会根本问题上将发挥不可替代的作用。据统计，每八秒钟中国就有一位先天性心脏病患儿诞生；汶川地震夺去了69227人的生命；911恐怖活动死亡3000人；每天都会有儿童失踪、跌落；老人去世后数天才被发现；宠物伤人事件充斥新闻版面。
如果全面应用智慧城市概念，采用各种机器人进行实时监控，看护、探测甚至作为替身，那么多种自然及人为的伤害都会得到有效避免，并可通过整合资源，节约成本，在提高经济效益的同时，也高效完成了任务。
智慧城市与服务机器人
通俗的说，智慧城市是利用现代信息通信技术，汇聚人的智慧，赋予物以智能，让汇聚智慧的人和具备智能的物互存互动，互补互促，以实现经济社会活动最优化的城市发展新模式和新形态。智慧城市除了要实现一体化、协同化、最优化、低碳化和高效经济化以外，更为重要的是能解决当前社会问题和人们的生活烦恼，实现构建数字的、平安的和智慧的城市愿景。
如今，全国各地政府都在积极为城市勾勒一幅智慧城市的远景图，而在其建设中除了需要高度普及物联网、云计算等信息化技术应用之外，自动化、智能化也是其中一个重要的组成部分，而机器人无疑也将在智慧城市中得到更广泛的应用。
根据国际机器人联合会（International Federation ofRobotics，lRF）的定义，服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能帮助人类完成除生产制造加工过程以外的设备。服务机器人包括在反恐防暴、核电站、极地科考等特殊环境下作业的专用服务机器人（Professional Service Robot）和服务于人的家用服务机器人（Domestic Use Robot），如助老助残机器人、医疗护理机器人等。
在智慧城市中，物联网通过射频识别（RFID）、红外感应器等信息传感设备，把物品与互联网相连接，实现对物品的实时监测和操控，从而为市民提供更优质的服务。其中，机器人作为智能移动实体在智慧城市中协助或替代人类进行各种各样的工作，以实现更安全、健康、舒适、便捷、高效、低碳及可持续发展的城市形态。
机器人的服务范畴包括但不限于（如图1所示），替代人高效完成重复工作，如清洁、巡逻、物流等；替代人执行危险任务，如救援、灭火、排爆、反罪行等；替代人进行准确的数据采集，如监察、环境评估、天灾预测等；替代人在现场主持会议、诊治病人等；为人类提供无障碍服务，如智能轮椅、导盲机器人等；成为儿童和宠物的临时保姆与娱乐玩伴。
智慧城市中的新生代保姆
未来，服务机器人不仅着眼于感知、决策与执行，高技术的完成有益于人类的服务工作；而且还将对提高人类工作生活质量和效率等方面，具有十分重要的现实意义。
即将入驻智慧城市的机器人，有救援机器人、宠物机器人、巡逻机器人、家庭服务机器人、爬树机器人和替身机器人等（见图2）。其中救援机器人用于替代消防员和救生员在核泄漏、火灾、警用、排爆等危险场合实施救助，属于专用服务机器人；宠物机器人可替主人照顾心爱的宠物，给它们喂食、与它们游戏，同时将宠物的实况传给主人；巡逻机器人，代替人对特种环境如强电磁区、强辐射区、机场、交通枢纽、仓储基地、军事基地等进行巡查，监控及预警工作；爬树机器人代替工人爬到树木上进行检查、保养及病虫害防治等林业工作，可帮助降低工人受伤的风险，提高工作效率，减少城市树木倒塌的危险；智能船，可通过互联网遥距控制，收集水面上的环境数据用于环境质量监测和天气预测：替身机器人，可替代真人遥距聚会、会议、会诊、上学和巡查等；家用服务机器人，则是直接服务于人。
救援机器人
在世界各地，由于自然灾害、恐怖活动和各种突发事故等原因，灾难经常发生。在灾难救援中，救援人员只有非常短的时间（约48小时）用于在倒塌的废墟中寻找幸存者，否则发现幸存者的几率几乎为零。在这种紧急而危险的环境下，搜救机器人可以代替或协助救援人员进入复杂及危险重重的区域进行搜救工作。因此，将具有自主智能的救援机器人用于危险和复杂的灾难环境下“搜索和营救”（SAR），是机器人学科中的一个新兴而富有挑战性的领域。
救援机器人由两部分组成，机器人本体和穿戴式远程控制系统，机器人本体又可分为移动机器人底盘和双臂上身，移动底盘采用履带式移动方式，其前侧和后侧都装有摆臂机构，这样使底盘对非结构环境具有很强的适应能力；人形机器人上身完全运用仿生学设计，其大体尺寸是普通男子上身尺寸的1.2倍，单个手臂具有5个自由度，腰部具有两个自由度。穿戴式远程控制系统，主要由外置传感器和机械阻尼器组成，其自由度的配置方式完全与救援机器人的手臂配置方式相同，来实现对救援机器人的灵活控制。
如图2所示，救援机器人可以实现在救援人员无法进入的危险环境下，实施伤员搜寻、救助，环境状况探测以及对伤员、重物等搬运拖拽等救援任务，亦可对伤病人员在转移过程中实施搀扶、运送等。
机器人总体结构（见图4）为多自由度上体，配套摆臂履带行走结构，上体为仿人形结构，具有多自由度双手臂、旋转腰部、多自由度头部以及上体俯仰关节。下体为摆臂履带行走结构，内部为两条行走履带，四角为摆臂履带，其行走过程中可以实现重心高度调节，较大障碍物的攀越，其良好的地面适应性及通过性使得救援机器人可以到达更复杂环境下实施救援任务。
各关节控制采用总线控制方式，减少了电气连接，增强其可靠性。机器人操控方式为穿戴式随动控制系统，符合人机工程学原理，简单方便地实现了机器人所有关节的联动。机器人眼部内置红外摄像头，可以实现夜间视频采集；同时还具备3D立体视觉，可以采集立体视频信息，帮助机器人操控人员更好地对复杂环境的分析判断。救援机器人是由遥控操作技术、机器人技术等高科技集成，使用其能增加智慧城市中市民及营救人员的安全性。 宠物守护机器人
现代人大部分时间都是在外工作，生活忙碌，能在家里呆着的时间不多，无法照顾宠物。如今，宠物守护机器人便可解决这一问题。
宠物守护者（见图5）是一个球形的机器人，它可以替主人照顾他们心爱的宠物。有了宠物守护者，宠物的主人可以观察到宠物的情况，与它们一起游戏，或者给它们喂食。目前，宠物守护者主要具有以下六个方面的功能和作用：
（1）可用手机操作：虽然宠物主人离开他的宠物，但仍然可以通过手机等移动终端，遥控操作宠物守护者与他的宠物互动：
（2）移动机器人：与其他类似的宠物饲养机器人不同，宠物守护者可以通过自己的运动，“主动”与宠物游戏。
（3）稳定的外形：设计的外形使得宠物守护者可以经受住宠物的冲击而不至于倒翻。
（4）实时的监控：宠物守护者可以实时地获得宠物的视频图像，犹如是宠物主人的千里眼。这一功能还能使宠物守护者成为家庭保安，提升居家安全性。
（5）宠物喂食：当宠物饥饿时，宠物守护者可以倾倒出储存的食物，使得宠物免于饥饿。
（6）宠物娱乐：尽管宠物可能单独在家，但宠物机器人可以与它游玩，播放音乐给它听，甚至播放其他动物的叫声让它追逐。
有了宠物守护者，当主人不在家的时候，宠物就不会再寂寞，也不会再饥饿。在饲养宠物日益盛行的今天，宠物守护者将成为人与宠物建立了超越空间的紧密联系的桥梁。
巡逻机器人
随着经济全球化的发展，上万平的巨型仓储才能满足现代货物吞吐量，需要大量安保人员进行24小时的巡逻管理；核技术催生现代战争的同时，潜藏核爆炸和核污染的危机，一旦危险发生，则需要实时监测污染状况；机场、商场等人流密集和嘈杂的地方，消防、电梯故障、偷盗等细微的安全问题常常被忽视，易酿成悲剧。如果有机器人替代安保人员巡逻，通过程序化的监控检测设施，可大大降低事故的发生率，解决以上的问题。
巡逻机器人（见图6）能够协助保安管理人员有效地完成智能城市中的区域安全保障工作，如商场、博物馆、住宅小区及其他公共场所。该款机器人可以实现自主环境探测、自主避障及自主充电功能，能够按照工作人员的具体要求在非人工干预的情况下自主完成固定路线巡逻、随机路线巡逻及重点部位察看任务。它能够进行视觉及双向语音信息的远程传输与监控，可用作检测环境烟雾及火灾情况并进行异常情况报警。
巡逻机器人是能够在小区或预设的区域内通过遥控或者自主方式完成巡视任务的机器人，工作人员从远程控制中心就能实现固定区域的巡视监控（见图7），从而实现小区的无人值守，提高巡视监控自动化程度。
该巡逻机器人以实现小区自主巡视监控为目的，在机器人技术基础上突出自主巡视功能。在自主状态下机器人可以在预设的轨道上进行自主巡视，本体搭载两自由度可调焦红外夜视摄像机，配合单自由度机械臂可实现远距离任意角度视频监控，本体四周分别搭载广角夜视摄像头，可实现机器人周围全景监控（见图8）；此外机器人配备高亮LED频闪警灯和高分贝声音报警器，语音对讲系统可实现机器人端和控制端远程双向对讲。远程控制箱实时监控机器人本体工作状态，并将监控视频记录存档，方便工作人员查看。
机器人采用效率较高的轮式结构：后轮单电机链条驱动，前轮独立悬架转向结构，该结构形式一方面保证机器人在行进转向的平稳性，另一方面使其有效利用电池能源，提高机器人续航能力。在控制形式上，机器人本体通过无线通讯实现与控制箱的数据交互，本体主控单元将接收到的数据解析并通过CAN总线实现对本体各个功能模块控制。
巡逻机器人的使用能有效增加智慧城市的监控范围、灵活性及自主性。通过机器人自主导航及主动监测报警等高新技术的整合以提高智慧城市的安全性。
爬树机器人
爬树机器人（Treebot，如图9所示）的研发目标是协助并代替工人爬到树木上进行检查、保养及病虫害防治等林业工作，可帮助降低工人受伤的风险，提高工作效率，并减少城市树木倒塌的危机。此外，爬树机器人亦可用于监察树上生态以进行科学研究，用途十分广泛。
爬树机器人主要由一个独创的高自由度移动装置及一对机械爪组成，组件结构非常轻巧。该移动装置不但能够高度伸缩，而且还能多向弯曲，比较其他只能垂直向上爬行的爬树机器人，这项新发明使爬树机器人能在不规则的树干和枝桠之间自由走动，到达树上不同位置，灵活度和机动性能大大提升。而机械爪则采用了精巧的单驱动及自适应设计，能牢固地抓在各种不同材质、形状及粗细的树干上。经测试证实，爬树爪可以适用于十种以上树木。此外，爬树爪还采用了精巧的单驱动设计，结构非常轻巧，处于静态时更能以零功耗牢固地抓在树干上，节省电池使用量。
爬树机器人体积小巧，重量只有约600克。然而，其负载能力高达1.75公斤，几乎是机器人自重的三倍。此项特征使得爬树机器人具有较高的实用价值，不仅可用于协助树木的检查与保养、病虫害防治等林业管理领域，甚至可以作为城市流动监视器应用到日常生活的方方面面。
爬树机器人亦配备传感器，可以探索四周的环境，得以自主地在未知的环境中行走。一般机器人多采用视觉传感器，以接收丰富的环境信息。然而，这种传感器却很容易受户外光线变化所影响。事实上，自然界有很多生物皆不需要依赖视觉信息亦能行动自如，例如尺蠖就是凭触觉在树上四处行走。尽管触觉传感器获得的信息逊于视觉传感器，但却更为可靠，不会受环境变化所影响。因此，爬树机器人亦采用了触觉传感器对环境进行探索，从而自主设定最佳前进路线。
智能船-环境监测
在智慧城市中，需经常监察水上的数据来得到更准确的天气预测、空气质量及水质监察等。气象及数据采集浮标是传统的测量手段，因其只能采集一个定点的数据，所以必须使用数量庞大的数据采集浮标才能实现大范围的测量。而智能船（见图10）却能按使用者的路线需求在水面上自主行走从而进行各式各样的数据采集，因此大大增加数据采集的效率并能大幅度降低装置及维修成本。智能船由自获取的再生能源推动，便能长时间工作及环保。智能船更可通过通讯卫星连接互联网以回传数据及接收指令，从而进行远距离的海洋监察工作。 智能船拥有高度自主性，而且能源独立，完全由再生能源驱动（包括风和太阳能），尽显智能、低碳的特性。其主要用途为环境监测，是确保智慧城市中市民安全健康的重要环节。替身机器人
随着城市大型化的建设及全球一体化的趋势，都市人出差变得越来越频繁。由于出差花费不少精力和时间，对于生活紧凑忙碌的都市人是一大难题。此外，频繁地使用交通工具亦增加了城市的碳排放量。替身机器人能为经常分身乏术的都市人解决上述难题，增强遥距人际交互体验，从而更好地实现远程会议、远程办公，为出差在外的人提供远程交流和参与活动的方便。
替身机器人的使用能减少差旅的次数，从而节省时间、费用和减低碳排放量，消除时间与地点的障碍，特别适用生活忙碌没有时间出差或行动不便者。
此外，替身机器人也是虚拟和现实的结合，能有效减少虚拟网络带来的人际交流障碍，改善人际关系的冷漠化。据使用过国外现有替身机器人的人认为，替身机器人很有价值，一些工程师和设计师很享受能够不出办公室门便能访问一个遥远的实验室或检查设计原型的体验。
针对不同群体的消费需求，替身机器人的目标应用领域包括家居巡察、公司会议、医院会诊和远程教育等，用途十分广泛（见图11）。
同时，如图12所示，替身机器人还具有使远程式控制者在室外进行交流的优点，只要那个地方具有无线网络连接，就不需要额外的硬件设备。
通过在人机交互和临场感方面做较大改进，集成多项高新技术，包括网络实时无线遥控操作及音视频通讯，人机交互，人脸、手势与动作识别，动作跟随与运动控制，室内自主导航，自主充电等技术，全力打造国内技术和功能领先的替身机器人产品，以自主品牌开拓国际国内市场。本项目的先进性主要有以下几点：
●替身功能更人性（见图13）
替身机器人是仿人形设计；拥有现有产品未有的六自由度活动双臂和三自由度活动头部，可以模拟人类常见手势和点头、摆头、摇头等活动功能；装备三驱全方位移动底盘，贴近现实情况中人的平滑自然的全方位运动的方式。这些特点决定了我们的替身机器人具备高度仿人运动特性，从而使得替身机器人更具类人性，便于灵活自主操控及人性化交流。
●交互界面更丰富
传统的机器人交互界面大多为计算机图形界面和音视频通讯，替身机器人除具备此传统交互界面外，还可接收操作者的肢体语言，如头部摆动、手臂挥动等，并在远端直接模拟出来，更能丰富全面地表现出使用者想要表达的言外之意。
●远程操作更简易
除采用计算机键盘鼠标外，操作者还能够以头部摆动、手臂挥动等人类运动的方式更加直接操作替身机器人。同时，机器人具有主动避障及探空传感的功能，可自动在室内环境中运动。机器人更会在自身电量过低时，计算出移向充电器的最优路径，进行自动导航充电。
●临场感觉更真实
机器人拥有人的外形，及可模拟人类运动的六自由度活动双臂和三自由度活动头部，具备实时音视频传输系统，使得操作者好像亲临现场一样；同时与操作者进行远程交流的人也会拥有更真实的面对面的感受。这将有利于同远距离工作的员工们建立起更紧密的工作关系。
●执行元件更灵活
市场上的替身机器人绝大多数不具备手臂，其动作执行能力和灵活度均较低。而本项目研发的替身机器人拥有多自由度手臂，此结构与人的手臂关节相似，能自然地到达其运动空间的任意点，并表达出操控员的动作。机器人手臂的关节可直接由四个伺服电机驱动，亦可使用其他间接的驱动方式如拉索的方法，以减轻前臂的重量，增加柔顺性和灵活性。
●人机交互更安全
机器人拥有主动避障、探空传感、主动防倾覆，以及可能配置轻质的充气式手臂，这一切均有效增加了机器人的防碰撞功能和安全性能，保障机器人本体及第三方交互的安全。
机器人承担智慧城市中的所有智慧服务，涉及智慧医疗、智慧社区服务、智慧教育、智慧社保、智慧平安和智慧生态等方面。通过远程会议、会诊、实时监测、收集、分析、互动、执行等，促进城市管理高效化、生产生活便捷化、公共服务完善化和生态环境优美化。
网络是智慧城市的血脉，物联网是智慧城市的神经系统，机器人则是执行末端，是整座智慧城的眼、耳、口、鼻。目前，智能型机器人从昆虫活动中获取大量设计灵感，采用可行的感知一行动设计模式，即机器人不必实现复杂的计划，它只需要感知环境，迅速判断并做出行动，将机器人设计变革至现行的实用机器人，实现机器人参与人类家庭生活的愿景；未来，功能多样、赋予人类情感的机器人将应用于智慧城市，替代人去执行所有重复繁琐和高危的工作，或将替代各种基础设施，使人们的生活更高效、便捷和舒适。
如果全面应用智慧城市概念，采用各种机器人进行实时监控，看护、探测甚至作为替身，那么多种自然及人为的伤害都会得到有效避免，并可通过整合资源，节约成本，在提高经济效益的同时，也高效完成了任务。
智慧城市与服务机器人
通俗的说，智慧城市是利用现代信息通信技术，汇聚人的智慧，赋予物以智能，让汇聚智慧的人和具备智能的物互存互动，互补互促，以实现经济社会活动最优化的城市发展新模式和新形态。智慧城市除了要实现一体化、协同化、最优化、低碳化和高效经济化以外，更为重要的是能解决当前社会问题和人们的生活烦恼，实现构建数字的、平安的和智慧的城市愿景。
如今，全国各地政府都在积极为城市勾勒一幅智慧城市的远景图，而在其建设中除了需要高度普及物联网、云计算等信息化技术应用之外，自动化、智能化也是其中一个重要的组成部分，而机器人无疑也将在智慧城市中得到更广泛的应用。
根据国际机器人联合会（International Federation ofRobotics，lRF）的定义，服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它能帮助人类完成除生产制造加工过程以外的设备。服务机器人包括在反恐防暴、核电站、极地科考等特殊环境下作业的专用服务机器人（Professional Service Robot）和服务于人的家用服务机器人（Domestic Use Robot），如助老助残机器人、医疗护理机器人等。
在智慧城市中，物联网通过射频识别（RFID）、红外感应器等信息传感设备，把物品与互联网相连接，实现对物品的实时监测和操控，从而为市民提供更优质的服务。其中，机器人作为智能移动实体在智慧城市中协助或替代人类进行各种各样的工作，以实现更安全、健康、舒适、便捷、高效、低碳及可持续发展的城市形态。
机器人的服务范畴包括但不限于（如图1所示），替代人高效完成重复工作，如清洁、巡逻、物流等；替代人执行危险任务，如救援、灭火、排爆、反罪行等；替代人进行准确的数据采集，如监察、环境评估、天灾预测等；替代人在现场主持会议、诊治病人等；为人类提供无障碍服务，如智能轮椅、导盲机器人等；成为儿童和宠物的临时保姆与娱乐玩伴。
智慧城市中的新生代保姆
未来，服务机器人不仅着眼于感知、决策与执行，高技术的完成有益于人类的服务工作；而且还将对提高人类工作生活质量和效率等方面，具有十分重要的现实意义。
即将入驻智慧城市的机器人，有救援机器人、宠物机器人、巡逻机器人、家庭服务机器人、爬树机器人和替身机器人等（见图2）。其中救援机器人用于替代消防员和救生员在核泄漏、火灾、警用、排爆等危险场合实施救助，属于专用服务机器人；宠物机器人可替主人照顾心爱的宠物，给它们喂食、与它们游戏，同时将宠物的实况传给主人；巡逻机器人，代替人对特种环境如强电磁区、强辐射区、机场、交通枢纽、仓储基地、军事基地等进行巡查，监控及预警工作；爬树机器人代替工人爬到树木上进行检查、保养及病虫害防治等林业工作，可帮助降低工人受伤的风险，提高工作效率，减少城市树木倒塌的危险；智能船，可通过互联网遥距控制，收集水面上的环境数据用于环境质量监测和天气预测：替身机器人，可替代真人遥距聚会、会议、会诊、上学和巡查等；家用服务机器人，则是直接服务于人。
救援机器人
在世界各地，由于自然灾害、恐怖活动和各种突发事故等原因，灾难经常发生。在灾难救援中，救援人员只有非常短的时间（约48小时）用于在倒塌的废墟中寻找幸存者，否则发现幸存者的几率几乎为零。在这种紧急而危险的环境下，搜救机器人可以代替或协助救援人员进入复杂及危险重重的区域进行搜救工作。因此，将具有自主智能的救援机器人用于危险和复杂的灾难环境下“搜索和营救”（SAR），是机器人学科中的一个新兴而富有挑战性的领域。
救援机器人由两部分组成，机器人本体和穿戴式远程控制系统，机器人本体又可分为移动机器人底盘和双臂上身，移动底盘采用履带式移动方式，其前侧和后侧都装有摆臂机构，这样使底盘对非结构环境具有很强的适应能力；人形机器人上身完全运用仿生学设计，其大体尺寸是普通男子上身尺寸的1.2倍，单个手臂具有5个自由度，腰部具有两个自由度。穿戴式远程控制系统，主要由外置传感器和机械阻尼器组成，其自由度的配置方式完全与救援机器人的手臂配置方式相同，来实现对救援机器人的灵活控制。
如图2所示，救援机器人可以实现在救援人员无法进入的危险环境下，实施伤员搜寻、救助，环境状况探测以及对伤员、重物等搬运拖拽等救援任务，亦可对伤病人员在转移过程中实施搀扶、运送等。
机器人总体结构（见图4）为多自由度上体，配套摆臂履带行走结构，上体为仿人形结构，具有多自由度双手臂、旋转腰部、多自由度头部以及上体俯仰关节。下体为摆臂履带行走结构，内部为两条行走履带，四角为摆臂履带，其行走过程中可以实现重心高度调节，较大障碍物的攀越，其良好的地面适应性及通过性使得救援机器人可以到达更复杂环境下实施救援任务。
各关节控制采用总线控制方式，减少了电气连接，增强其可靠性。机器人操控方式为穿戴式随动控制系统，符合人机工程学原理，简单方便地实现了机器人所有关节的联动。机器人眼部内置红外摄像头，可以实现夜间视频采集；同时还具备3D立体视觉，可以采集立体视频信息，帮助机器人操控人员更好地对复杂环境的分析判断。救援机器人是由遥控操作技术、机器人技术等高科技集成，使用其能增加智慧城市中市民及营救人员的安全性。 宠物守护机器人
现代人大部分时间都是在外工作，生活忙碌，能在家里呆着的时间不多，无法照顾宠物。如今，宠物守护机器人便可解决这一问题。
宠物守护者（见图5）是一个球形的机器人，它可以替主人照顾他们心爱的宠物。有了宠物守护者，宠物的主人可以观察到宠物的情况，与它们一起游戏，或者给它们喂食。目前，宠物守护者主要具有以下六个方面的功能和作用：
（1）可用手机操作：虽然宠物主人离开他的宠物，但仍然可以通过手机等移动终端，遥控操作宠物守护者与他的宠物互动：
（2）移动机器人：与其他类似的宠物饲养机器人不同，宠物守护者可以通过自己的运动，“主动”与宠物游戏。
（3）稳定的外形：设计的外形使得宠物守护者可以经受住宠物的冲击而不至于倒翻。
（4）实时的监控：宠物守护者可以实时地获得宠物的视频图像，犹如是宠物主人的千里眼。这一功能还能使宠物守护者成为家庭保安，提升居家安全性。
（5）宠物喂食：当宠物饥饿时，宠物守护者可以倾倒出储存的食物，使得宠物免于饥饿。
（6）宠物娱乐：尽管宠物可能单独在家，但宠物机器人可以与它游玩，播放音乐给它听，甚至播放其他动物的叫声让它追逐。
有了宠物守护者，当主人不在家的时候，宠物就不会再寂寞，也不会再饥饿。在饲养宠物日益盛行的今天，宠物守护者将成为人与宠物建立了超越空间的紧密联系的桥梁。
巡逻机器人
随着经济全球化的发展，上万平的巨型仓储才能满足现代货物吞吐量，需要大量安保人员进行24小时的巡逻管理；核技术催生现代战争的同时，潜藏核爆炸和核污染的危机，一旦危险发生，则需要实时监测污染状况；机场、商场等人流密集和嘈杂的地方，消防、电梯故障、偷盗等细微的安全问题常常被忽视，易酿成悲剧。如果有机器人替代安保人员巡逻，通过程序化的监控检测设施，可大大降低事故的发生率，解决以上的问题。
巡逻机器人（见图6）能够协助保安管理人员有效地完成智能城市中的区域安全保障工作，如商场、博物馆、住宅小区及其他公共场所。该款机器人可以实现自主环境探测、自主避障及自主充电功能，能够按照工作人员的具体要求在非人工干预的情况下自主完成固定路线巡逻、随机路线巡逻及重点部位察看任务。它能够进行视觉及双向语音信息的远程传输与监控，可用作检测环境烟雾及火灾情况并进行异常情况报警。
巡逻机器人是能够在小区或预设的区域内通过遥控或者自主方式完成巡视任务的机器人，工作人员从远程控制中心就能实现固定区域的巡视监控（见图7），从而实现小区的无人值守，提高巡视监控自动化程度。
该巡逻机器人以实现小区自主巡视监控为目的，在机器人技术基础上突出自主巡视功能。在自主状态下机器人可以在预设的轨道上进行自主巡视，本体搭载两自由度可调焦红外夜视摄像机，配合单自由度机械臂可实现远距离任意角度视频监控，本体四周分别搭载广角夜视摄像头，可实现机器人周围全景监控（见图8）；此外机器人配备高亮LED频闪警灯和高分贝声音报警器，语音对讲系统可实现机器人端和控制端远程双向对讲。远程控制箱实时监控机器人本体工作状态，并将监控视频记录存档，方便工作人员查看。
机器人采用效率较高的轮式结构：后轮单电机链条驱动，前轮独立悬架转向结构，该结构形式一方面保证机器人在行进转向的平稳性，另一方面使其有效利用电池能源，提高机器人续航能力。在控制形式上，机器人本体通过无线通讯实现与控制箱的数据交互，本体主控单元将接收到的数据解析并通过CAN总线实现对本体各个功能模块控制。
巡逻机器人的使用能有效增加智慧城市的监控范围、灵活性及自主性。通过机器人自主导航及主动监测报警等高新技术的整合以提高智慧城市的安全性。
爬树机器人
爬树机器人（Treebot，如图9所示）的研发目标是协助并代替工人爬到树木上进行检查、保养及病虫害防治等林业工作，可帮助降低工人受伤的风险，提高工作效率，并减少城市树木倒塌的危机。此外，爬树机器人亦可用于监察树上生态以进行科学研究，用途十分广泛。
爬树机器人主要由一个独创的高自由度移动装置及一对机械爪组成，组件结构非常轻巧。该移动装置不但能够高度伸缩，而且还能多向弯曲，比较其他只能垂直向上爬行的爬树机器人，这项新发明使爬树机器人能在不规则的树干和枝桠之间自由走动，到达树上不同位置，灵活度和机动性能大大提升。而机械爪则采用了精巧的单驱动及自适应设计，能牢固地抓在各种不同材质、形状及粗细的树干上。经测试证实，爬树爪可以适用于十种以上树木。此外，爬树爪还采用了精巧的单驱动设计，结构非常轻巧，处于静态时更能以零功耗牢固地抓在树干上，节省电池使用量。
爬树机器人体积小巧，重量只有约600克。然而，其负载能力高达1.75公斤，几乎是机器人自重的三倍。此项特征使得爬树机器人具有较高的实用价值，不仅可用于协助树木的检查与保养、病虫害防治等林业管理领域，甚至可以作为城市流动监视器应用到日常生活的方方面面。
爬树机器人亦配备传感器，可以探索四周的环境，得以自主地在未知的环境中行走。一般机器人多采用视觉传感器，以接收丰富的环境信息。然而，这种传感器却很容易受户外光线变化所影响。事实上，自然界有很多生物皆不需要依赖视觉信息亦能行动自如，例如尺蠖就是凭触觉在树上四处行走。尽管触觉传感器获得的信息逊于视觉传感器，但却更为可靠，不会受环境变化所影响。因此，爬树机器人亦采用了触觉传感器对环境进行探索，从而自主设定最佳前进路线。
智能船-环境监测
在智慧城市中，需经常监察水上的数据来得到更准确的天气预测、空气质量及水质监察等。气象及数据采集浮标是传统的测量手段，因其只能采集一个定点的数据，所以必须使用数量庞大的数据采集浮标才能实现大范围的测量。而智能船（见图10）却能按使用者的路线需求在水面上自主行走从而进行各式各样的数据采集，因此大大增加数据采集的效率并能大幅度降低装置及维修成本。智能船由自获取的再生能源推动，便能长时间工作及环保。智能船更可通过通讯卫星连接互联网以回传数据及接收指令，从而进行远距离的海洋监察工作。 智能船拥有高度自主性，而且能源独立，完全由再生能源驱动（包括风和太阳能），尽显智能、低碳的特性。其主要用途为环境监测，是确保智慧城市中市民安全健康的重要环节。替身机器人
随着城市大型化的建设及全球一体化的趋势，都市人出差变得越来越频繁。由于出差花费不少精力和时间，对于生活紧凑忙碌的都市人是一大难题。此外，频繁地使用交通工具亦增加了城市的碳排放量。替身机器人能为经常分身乏术的都市人解决上述难题，增强遥距人际交互体验，从而更好地实现远程会议、远程办公，为出差在外的人提供远程交流和参与活动的方便。
替身机器人的使用能减少差旅的次数，从而节省时间、费用和减低碳排放量，消除时间与地点的障碍，特别适用生活忙碌没有时间出差或行动不便者。
此外，替身机器人也是虚拟和现实的结合，能有效减少虚拟网络带来的人际交流障碍，改善人际关系的冷漠化。据使用过国外现有替身机器人的人认为，替身机器人很有价值，一些工程师和设计师很享受能够不出办公室门便能访问一个遥远的实验室或检查设计原型的体验。
针对不同群体的消费需求，替身机器人的目标应用领域包括家居巡察、公司会议、医院会诊和远程教育等，用途十分广泛（见图11）。
同时，如图12所示，替身机器人还具有使远程式控制者在室外进行交流的优点，只要那个地方具有无线网络连接，就不需要额外的硬件设备。
通过在人机交互和临场感方面做较大改进，集成多项高新技术，包括网络实时无线遥控操作及音视频通讯，人机交互，人脸、手势与动作识别，动作跟随与运动控制，室内自主导航，自主充电等技术，全力打造国内技术和功能领先的替身机器人产品，以自主品牌开拓国际国内市场。本项目的先进性主要有以下几点：
●替身功能更人性（见图13）
替身机器人是仿人形设计；拥有现有产品未有的六自由度活动双臂和三自由度活动头部，可以模拟人类常见手势和点头、摆头、摇头等活动功能；装备三驱全方位移动底盘，贴近现实情况中人的平滑自然的全方位运动的方式。这些特点决定了我们的替身机器人具备高度仿人运动特性，从而使得替身机器人更具类人性，便于灵活自主操控及人性化交流。
●交互界面更丰富
传统的机器人交互界面大多为计算机图形界面和音视频通讯，替身机器人除具备此传统交互界面外，还可接收操作者的肢体语言，如头部摆动、手臂挥动等，并在远端直接模拟出来，更能丰富全面地表现出使用者想要表达的言外之意。
●远程操作更简易
除采用计算机键盘鼠标外，操作者还能够以头部摆动、手臂挥动等人类运动的方式更加直接操作替身机器人。同时，机器人具有主动避障及探空传感的功能，可自动在室内环境中运动。机器人更会在自身电量过低时，计算出移向充电器的最优路径，进行自动导航充电。
●临场感觉更真实
机器人拥有人的外形，及可模拟人类运动的六自由度活动双臂和三自由度活动头部，具备实时音视频传输系统，使得操作者好像亲临现场一样；同时与操作者进行远程交流的人也会拥有更真实的面对面的感受。这将有利于同远距离工作的员工们建立起更紧密的工作关系。
●执行元件更灵活
市场上的替身机器人绝大多数不具备手臂，其动作执行能力和灵活度均较低。而本项目研发的替身机器人拥有多自由度手臂，此结构与人的手臂关节相似，能自然地到达其运动空间的任意点，并表达出操控员的动作。机器人手臂的关节可直接由四个伺服电机驱动，亦可使用其他间接的驱动方式如拉索的方法，以减轻前臂的重量，增加柔顺性和灵活性。
●人机交互更安全
机器人拥有主动避障、探空传感、主动防倾覆，以及可能配置轻质的充气式手臂，这一切均有效增加了机器人的防碰撞功能和安全性能，保障机器人本体及第三方交互的安全。
机器人承担智慧城市中的所有智慧服务，涉及智慧医疗、智慧社区服务、智慧教育、智慧社保、智慧平安和智慧生态等方面。通过远程会议、会诊、实时监测、收集、分析、互动、执行等，促进城市管理高效化、生产生活便捷化、公共服务完善化和生态环境优美化。
网络是智慧城市的血脉，物联网是智慧城市的神经系统，机器人则是执行末端，是整座智慧城的眼、耳、口、鼻。目前，智能型机器人从昆虫活动中获取大量设计灵感，采用可行的感知一行动设计模式，即机器人不必实现复杂的计划，它只需要感知环境，迅速判断并做出行动，将机器人设计变革至现行的实用机器人，实现机器人参与人类家庭生活的愿景；未来，功能多样、赋予人类情感的机器人将应用于智慧城市，替代人去执行所有重复繁琐和高危的工作，或将替代各种基础设施，使人们的生活更高效、便捷和舒适。