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机器人工作原理的超详细解析,生动、形象!

2020-06-07 19:20 性质:转载 作者:机器人网 来源:机器人网
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某些移动型机器人是远程控制的,人类可以指挥它们在特定的时间从事特定的工作。遥控装置可以使用连接线、无线电或红外信号与机器人通信。远程机器人常被称为傀儡机器人,它们在探索充满危险或人类无法进入的环境(如深海或火山内部)时非常有用。有些机器人只是部分受到遥控。例如,操作人员可能会指示机器人到达某个特定的地点,但不会为它指引路线,而是任由它找到自己的路。

NASA研发可远程控制的太空机器人R2

自动机器人可以自主行动,无需依赖于任何控制人员。其基本原理是对机器人进行编程,使之能以某种方式对外界刺激做出反应。极其简单的碰撞反应机器人可以很好地诠释这一原理。这种机器人有一个用来检查障碍物的碰撞传感器。当您启动机器人后,它大体上是沿一条直线曲折行进的。当它碰到障碍物时,冲击力会作用在它的碰撞传感器上。每次发生碰撞时,机器人的程序会指示它后退,再向右转,然后继续前进。按照这种方法,机器人只要遇到障碍物就会改变它的方向。

高级机器人会以更精巧的方式运用这一原理。

机器人专家们将开发新的程序和传感系统,以便制造出智能程度更高、感知能力更强的机器人。如今的机器人可以在各种环境中大展身手。较为简单的移动型机器人使用红外或超声波传感器来感知障碍物。这些传感器的工作方式类似于动物的回声定位系统:机器人发出一个声音信号(或一束红外光线),并检测信号的反射情况。机器人会根据信号反射所用的时间计算出它与障碍物之间的距离。

较高级的机器人利用立体视觉来观察周围的世界。两个摄像头可以为机器人提供深度感知,而图像识别软件则使机器人有能力确定物体的位置,并辨认各种物体。机器人还可以使用麦克风和气味传感器来分析周围的环境。某些自动机器人只能在它们熟悉的有限环境中工作。例如,割草机器人依靠埋在地下的界标确定草场的范围。而用来清洁办公室的机器人则需要建筑物的地图才能在不同的地点之间移动。

较高级的机器人可以分析和适应不熟悉的环境,甚至能适应地形崎岖的地区。这些机器人可以将特定的地形模式与特定的动作相关联。例如,一个漫游车机器人会利用它的视觉传感器生成前方地面的地图。如果地图上显示的是崎岖不平的地形模式,机器人会知道它该走另一条道。这种系统对于在其他行星上工作的探索型机器人是非常有用的。

有一套备选的机器人设计方案采用了较为松散的结构,引入了随机化因素。当这种机器人被卡住时,它会向各个方向移动附肢,直到它的动作产生效果为止。它通过力传感器和传动装置紧密协作完成任务,而不是由计算机通过程序指导一切。这和蚂蚁尝试绕过障碍物时有相似之处:蚂蚁在需要通过障碍物时似乎不会当机立断,而是不断尝试各种做法,直到绕过障碍物为止。

三、家庭自制机器人

在本文的最后几部分,我们来看看机器人世界中最引人注目的领域:人工智能和研究型机器人。

多年来,这些领域的专家们使机器人科学有了长足的进步,但他们并不是机器人的唯一制造者。几十年中,以此为爱好的人尽管为数很少,但充满热情,他们一直在全世界各地的车库和地下室里制造机器人。家庭自制机器人是一种正在迅速发展的亚文化,在互联网上具有相当大的影响力。业余机器人爱好者利用各种商业机器人工具、邮购的零件、玩具甚至老式录像机组装出他们自己的作品。

和专业机器人一样,家庭自制机器人的种类也是五花八门。一些到周末才能工作的机器人爱好者们制造出了非常精巧的行走机械,而另一些则为自己设计了家政机器人,还有一些爱好者热衷于制造竞技类机器人。在竞技类机器人中,人们最熟悉的是遥控机器人战士,就像您在《战斗机器人》(BattleBots)节目中看到的那样。这些机器算不上“真正的机器人”,因为它们没有可重新编程的计算机大脑。它们只是加强型遥控汽车。

比较高级的竞技类机器人是由计算机控制的。例如,足球机器人在进行小型足球比赛时完全不需要人类输入信息。标准的机器人足球队由几个单独的机器人组成,它们与一台中央计算机进行通信。这台机算机通过一部摄像机“观察”整个球场,并根据颜色分辨足球、球门以及己方和对方的球员。计算机随时都在处理此类信息,并决定如何指挥它的球队。

适应性和通用性

个人计算机革命以其卓越的适应能力为标志。标准化的硬件和编程语言使计算机工程师和业余程序员们可以根据其特定目的制造计算机。计算机零件与工艺用品有几分相似,它们的用途不计其数。迄今为止的大多数机器人更像是厨房用具。机器人专家们将它们制造出来以专门用于特定用途。但是它们对完全不同的应用场景的适应能力并不是很好。

这种情况正在改变。一家名叫EvolutionRobotics的公司开创了适应型机器人软硬件领域的先河。该公司希望凭借一款易用的“机器人开发人员工具包”开拓出自己的利基市场。这个工具包有一个开放式软件平台,专门提供各种常用的机器人功能。例如,机器人学家可以很容易地将跟踪目标、听从语音指令和绕过障碍物的能力赋予它们的作品。

从技术角度来看,这些功能并不具有革命性的意义,但不同寻常的是,它们集成在一个简单的软件包中。这个工具包还附带了一些常见的机器人硬件,它们可以很容易地与软件相结合。标准工具包提供了一些红外传感器、马达、一部麦克风和一台摄像机。机器人专家可以利用一套加强型安装组件将所有这些部件组装起来,这套组件包括一些铝制身体部件和结实耐用的轮子。

当然,这个工具包不是让您制造平庸的作品的。它的售价超过700美元,绝不是什么廉价的玩具。不过,它向新型机器人科学迈进了一大步。在不远的将来,如果您要制造一个可以清洁房间或在您离开的时候照顾宠物的新型机器人,您可能只需编写一段BASIC程序就能做到,这将为您省下一大笔钱。

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