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机器人的工作原理是我见过的最详细的分析。!

作者:佚名   时间:2019-05-11 19:16   

原标题:机器人的工作原理,这是我见过的最详细的分析。!

当许多人听到“机器人”这个词时,“外表酷”、“功能强大”和“高端”这些词就会出现在他们的脑海中。 他们认为机器人和科幻电影中的“终结者”一样高端和酷。。 事实上,否则,在本文中,我们将讨论机器人学的基本概念,并理解机器人是如何完成任务的。。

i。 机器人的组件

从最基本的层面来看,人体包括五个主要组成部分:

  • 身体结构
  • 肌肉系统用来移动身体结构。
  • 接收身体和周围环境信息的感觉系统
  • 为肌肉和感官提供能量的能源
  • 大脑系统被用来处理感觉信息和指导肌肉运动。

当然,人类仍然有一些看不见的特征,比如智力和道德,但是在纯粹的物理层面上,这个列表是相当完整的。。

机器人的组成部分与人类非常相似。。 一个典型的机器人有一个可移动的身体结构,一个类似于马达的装置,一个传感系统,一个电源和一个控制所有这些元素的计算机“大脑”。。 本质上,机器人是人类制造的“动物”。 它们是模仿人类和动物行为的机器。。

仿生袋鼠机器人

机器人的定义非常广泛,从工厂服务的工业机器人到家庭清洁机器人。。 根据目前最广泛的定义,如果一些东西被许多人认为是机器人,那么它就是机器人。。 许多机器人专家(制造机器人的人)使用更精确的定义。。 他们规定机器人应该有一个可重新编程的大脑(电脑)来移动身体。。

根据这个定义,机器人与其他可移动机器(如汽车)的计算机元件不同。。 许多新车都有车载电脑,但只是用来做些小调整。。 驾驶员通过各种机械装置直接控制车辆的大部分部件。。 然而,机器人在物理特性上不同于普通计算机。 它们每个都连接到一个身体上,而普通的电脑却没有。

大多数机器人确实有一些共同的特征

首先,几乎所有的机器人都有一个可移动的身体。。 有些只有电动车轮,而另一些则有大量的活动部件,通常由金属或塑料制成。。 与人体骨骼相似,这些独立的部分通过关节相连。。

机器人的轮子和轴由某种传动装置连接。。 一些机器人使用马达和螺线管作为致动器。 其他使用液压系统;有些使用气动系统(由压缩气体驱动的系统)。 机器人可以使用上述任何类型的传动装置。

其次,机器人需要一个能源来驱动这些执行器。大多数机器人将由电池或墙上插座供电。此外,液压机器人需要泵给液体加压,而气动机器人需要气体压缩机或压缩气体罐。

所有传输设备都通过电线连接到电路上。该电路直接向电动机和线圈供电,并操作电子阀启动液压系统。该阀可以控制机器中加压流体的流动路径。例如,如果机器人想要移动液压驱动的腿,其控制器将打开一个阀门,该阀门从液压泵通向腿上的活塞缸。加压流体将推动活塞向前转动支腿。一般来说,机器人使用提供双向推力的活塞在两个方向上移动零件。

机器人的计算机可以控制连接到电路的所有部件。为了让机器人移动,计算机将打开所有需要的马达和阀门。大多数机器人都是可重新编程的。如果你想改变机器人的行为,你只需要给它的计算机写一个新程序。

并非所有机器人都有传感系统。很少有机器人有视觉、听觉、嗅觉或味觉。机器人拥有的最常见的感官之一是运动感,也就是说,它能够监控自己的运动。在标准设计中,带有凹槽的轮子安装在机器人的关节处。车轮的一侧设有发光二极管,该发光二极管发射光束,穿过凹槽并照射在车轮另一侧的光传感器上。当机器人移动一个特定的关节时,槽轮将会旋转。。在此过程中,凹槽会阻挡光束。光学传感器读取光束的闪烁模式,并将数据传输到计算机。根据这种模式,计算机可以精确计算关节旋转的距离。电脑鼠标使用的基本系统是一样的。

这些是机器人的基本组件。机器人专家有无数种方法将这些元素结合起来,创造出无限复杂的机器人。机械臂是最常见的设计之一。

第二,机器人是如何工作的

英语中的术语“机器人”来自捷克语单词“机器人”,通常被翻译成“强迫劳动者”。用它来描述大多数机器人是非常恰当的。世界上的机器人大多用于繁重的重复性制造工作。他们负责对人类来说非常困难、危险或无聊的任务。

最常见的制造机器人是机械臂。典型的机器人手臂由七个金属部件组成,它们通过六个关节连接在一起。计算机将旋转连接到每个关节的步进电机来控制机器人(一些大型机械臂使用液压或气动系统)。与普通电机不同,步进电机精确地增量移动。这使得计算机能够精确地移动机械臂,使得机械臂连续重复完全相同的动作。机器人使用运动传感器来确保它们准确无误地移动。

这个有六个关节的工业机器人和人类的手臂非常相似。它有相当于肩膀、肘部和手腕的部分。它的“肩部”通常安装在固定的基座结构上(而不是移动的主体)。这种机器人有六个自由度,也就是说,它可以在六个不同的方向上旋转。相比之下,人类的手臂有七个自由度。

六轴工业机器人的关节

人类手臂的功能是将手移动到不同的位置。类似地,机械臂的功能是移动末端执行器。您可以在机械臂上安装适合特定应用场景的各种末端执行器。有一个通用的末端执行器可以抓取和移动不同的对象。这是人手的简化版本。机器人通常有内置的压力传感器来告诉计算机机器人抓取特定物体有多难。这可以防止机器人手中的物体掉落或被压碎。其他末端执行器包括喷灯、钻头和喷漆器。

工业机器人是专门为在受控环境中重复执行完全相同的工作而设计的。例如,机器人可能负责拧紧装配线上运输的花生酱罐头的盖子。为了教机器人如何做这项工作,程序员将用一只手握住控制器来引导机器人手臂完成整套动作。机器人精确地将动作序列存储在存储器中,然后每当新罐头从装配线上转移过来时,它就会重复执行这组动作。

机械臂是汽车制造中使用的基本部件之一。

大多数工业机器人在汽车装配线上工作,负责组装汽车。当做很多这样的工作时,机器人比人类更有效率,因为它们非常精确。不管他们工作了多少小时,他们仍然可以在同样的位置钻孔,用同样的力拧紧。制造机器人在计算机行业也扮演着非常重要的角色。他们可以极其灵巧地组装一个微型微芯片。

机器人手臂的制造和编程相对不那么困难,因为它们只在有限的区域内工作。如果你想把机器人送到广阔的外部世界,事情会变得有点复杂。

第一个问题是为机器人提供一个可行的运动系统。如果机器人只需要在平坦的地面上移动,轮子或轨道通常是最好的选择。如果车轮和履带足够宽,它们也适合崎岖的地形。然而,机器人的设计者通常希望使用腿部结构,因为它们适应性更强。制造腿式机器人也有助于研究人员理解自然运动学知识,这是生物学研究领域的一项有用实践。

机器人的腿通常在液压或气动活塞的驱动下来回移动。每个活塞连接到不同的腿部,就像肌肉连接到不同的骨骼。让所有这些活塞以正确的方式一起工作无疑是一个难题。。在婴儿阶段,人类大脑必须找出哪些肌肉需要同时收缩,以免直立行走时摔倒。同样,机器人的设计者必须找出正确的与行走相关的活塞运动组合,并将这些信息整合到机器人的计算机中。许多移动机器人有一个内置的平衡系统(如一组陀螺仪),它可以告诉计算机何时需要校正机器人的运动。

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两足动物行走本身的运动模式是不稳定的,因此在机器人制造中实现起来极其困难。为了设计行走更稳定的机器人,设计师们经常观察动物王国,尤其是昆虫。昆虫有六条腿。它们通常具有非凡的平衡能力,可以自由适应许多不同的地形。

有些移动机器人是远程控制的,人类可以在特定时间指导它们做特定的工作。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。远程机器人通常被称为傀儡机器人。它们在探索充满危险或人类无法接近的环境(如深海或火山内部)时非常有用。有些机器人只能部分遥控。例如,操作者可以指示机器人到达特定的位置,但是不会引导它到达路线,而是允许它找到自己的路。

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自动机器人可以自主行动,不依赖任何控制器。基本原理是对机器人进行编程,以某种方式对外部刺激做出反应。极其简单的碰撞反应机器人可以很好地解释这个原理。

机器人有一个碰撞传感器来检查障碍物。当你启动机器人时,它基本上是沿着一条直线曲折前进的。当遇到障碍物时,冲击力会作用在碰撞传感器上。每次发生碰撞,机器人的程序都会指示它后退,再次右转,然后继续前进。根据这种方法,机器人在遇到障碍物时会改变方向。

先进的机器人将以更复杂的方式使用这一原理。机器人专家将开发新的程序和传感系统来生产智能更高、传感能力更强的机器人。今天的机器人可以在各种环境中展示它们的技能。

简单的移动机器人使用红外或超声波传感器来感应障碍物。这些传感器的工作方式类似于动物的回声定位系统:机器人发出声音信号(或一束红外光),并检测信号的反射。机器人将根据信号反射的时间来计算它和障碍物之间的距离。

先进的机器人使用立体视觉来观察他华宇平台登录们周围的世界。两台摄像机可以为机器人提供深度感知,而图像识别软件使机器人能够确定物体的位置并识别各种物体。机器人也可以使用麦克风和气味传感器来分析周围环境。

一些自动机器人只能在他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地标来确定牧场的范围。用来清洁办公室的机器人需要建筑物的地图在不同的位置之间移动。

高级机器人可以分析和适应不熟悉的环境,甚至崎岖的地形。这些机器人可以将特定的地形模式与特定的动作联系起来。例如,一个流动机器人将使用它的视觉传感器来生成前方地面的地图。如果地图显示崎岖的地形,机器人将知道它应该走另一条路。这个系统对于在其他星球上工作的探索机器人非常有用。

有一套替代机器人设计方案,采用松散结构,引入随机因素。当机器人被卡住时,它会向各个方向移动它的附属物,直到它的动作产生效果。它通过力传感器和传动装置的密切配合来完成任务,而不是计算机通过程序来指导一切。这类似于蚂蚁试图绕过障碍物的情况:蚂蚁似乎不会决定什么时候需要穿过障碍物,而是继续尝试各种方法,直到它们绕过障碍物。

三、自制机器人

在本文的最后几部分,我们将看看机器人世界中最引人注目的领域:人工智能和研究机器人。多年来,这些领域的专家在机器人科学方面取得了巨大的进步,但他们并不是机器人的唯一制造者。几十年来,很少有人把这种爱好作为自己的爱好,但他们充满热情。他们一直在世界各地的车库和地下室制造机器人。

自制机器人是一种快速发展的亚文化,对互联网有相当大的影响。业余机器人爱好者使用各种商业机器人工具、邮购零件、玩具,甚至老式录像机来组装自己的作品。

像专业机器人一样,自制机器人种类繁多。一些直到周末才能工作的机器人爱好者制造了非常精致的移动机械,其他人为自己设计了家用机器人,还有一些人热衷于制造有竞争力的机器人。。在竞争机器人中,人们最熟悉遥控机器人战斗机,就像你在“战斗机器人”节目中看到的那样。这些机器不是“真正的机器人”,因为它们没有可重新编程的计算机大脑。它们只是强化遥控汽车。

更先进的竞争机器人由计算机控制。例如,足球机器人在进行小型足球比赛时根本不需要人工输入。标准机器人足球队由几个独立的机器人组成,它们与中央计算机通信。这台电脑通过摄像头“观察”整个体育场,并根据颜色区分足球、球门和球员。计算机随时处理这些信息,并决定如何指导其团队。

适应性和普遍性

个人电脑革命的特点是其卓越的适应性。标准化的硬件和编程语言使计算机工程师和业余程序员能够为他们的特定目的制造计算机。计算机零件有点类似于加工用品,它们的用途数不胜数。

迄今为止,大多数机器人更像厨房用具。机器人专家已经为特定的目的制造了它们。然而,它们对完全不同的应用场景的适应性不是很好。

这种情况正在改变。进化机器人公司是适应性机器人软件和硬件领域的先驱。该公司希望利用易于使用的“机器人开发套件”开拓其利基市场。"。

该工具包有一个开放的软件平台,提供各种常用的机器人功能。例如,机器人专家可以很容易地赋予他们的作品跟踪目标、听声音命令和绕过障碍物的能力。从技术角度来看,这些功能并不具有革命性,但不同寻常的是它们被集成到一个简单的软件包中。

该工具包还附带了一些常见的机器人硬件,可以很容易地与软件相结合。标准套件提供一些红外传感器、电机、麦克风和摄像机。机器人专家可以使用一套强化安装组件来组装所有这些部件,这些组件包括一些铝制车身零件和坚固的车轮。

当然,这个工具包不允许你做平庸的作品。它的价格超过700美元,绝不是一个便宜的玩具。然而,它朝着新的机器人科学迈出了一大步。在不久的将来,如果你想造一个新的机器人,当你离开时可以打扫你的房间或者照顾你的宠物,你可能只需要编写一个BASIC程序,这将为你节省很多钱。

四。人工智能

人工智能无疑是机器人学中最令人兴奋的领域,也无疑是最有争议的领域:每个人都认为机器人可以在装配线上工作,但关于它是否智能存在差异。

就像术语“机器人”一样,你也很难定义“人工智能”。最终的人工智能是人类思维过程的再现,即具有人类智能的人工机器。人工智能包括学习任何知识的能力、推理能力、语言能力和形成自己观点的能力。目前,机器人专家远未达到这一人工智能水平,但他们在人工智能的有限领域取得了很大进展。今天,具有人工智能的机器已经可以模仿某些智能元素。

计算机已经有能力解决有限领域的问题。利用人工智能解决问题的实现过程非常复杂,但基本原理非常简单。首先,人工智能机器人或计算机将通过传感器(或人工输入)收集特定情况的事实。计算机将该信息与存储的信息进行比较,以确定其含义。计算机将根据收集到的信息计算各种可能的动作,然后预测哪种动作效果最好。当然,计算机只能解决程序允许它解决的问题,而不具备一般的分析能力。象棋计算机就是这种机器的一个例子。

一些现代机器人也有有限的学习能力。学习机器人可以识别某些动作(如以某种方式移动腿)是否达到了预期的效果(如绕过障碍物)。机器人存储这样的信息,当下次遇到同样的情况时,它会尝试做出可以成功处理的动作。同样,现代计算机只能在非常有限的情况下做到这一点。他们不能像人类一样收集各种信息。有些机器人可以通过模仿人类行为来学习。在日本,机器人专家向机器人演示舞蹈动作,让它学会跳舞。

有些机器人具有人际交流能力。。Kismet是麻省理工学院人工智能实验室制造的机器人。它能识别人体语言和语音语调并做出相应的反应。Kismet的作者对成人和婴儿之间的互动非常感兴趣,这种互动只能通过语调和视觉信息来完成。这种低层次的互动可以作为类人学习系统的基础。

Kismet机器人

麻省理工学院人工智能实验室制造的Kismet和其他机器人采用了非常规的控制结构。这些机器人不使用中央计算机来控制所有的动作。他们的低级行为由低级计算机控制。项目主任罗德尼·布鲁克斯认为这是一个更准确的人类智能模型。大多数人类行为是自动做出的,而不是由最高意识水平决定的。

人工智能的真正问题在于理解自然智能的工作原理。发展人工智能不同于制造人工心脏。科学家没有一个简单而具体的模型可供参考。我们知道大脑包含数百亿个神经元,我们的思考和学习是通过在不同神经元之间建立电子连接来完成的。然而,我们不知道这些连接如何能够实现高级推理能力,甚至不知道低级操作的实现原理。大脑神经网络似乎过于复杂,难以理解。

因此,人工智能在很大程度上仍然是理论性的。科学家们提出了关于人类学习和思考原则的假设,然后用机器人来测试他们的想法。

正如机器人的物理设计是理解动物和人体解剖的方便工具一样,人工智能的研究也有助于理解自然智能的工作原理。对于一些机器人专家来说,这种观点是设计机器人的最终目标。其他人正在想象一个人类和智能机器生活在一起的世界。在这个世界上,人类使用各种小型机器人来做体力劳动、保健和交流。许多机器人专家预测,机器人的进化最终将使我们完全成为半机器人,也就是说,人类与机器融为一体。有理由相信,未来的人类将把他们的思想植入强健的机器人,并活几千年。!

无论如何,未来机器人将在我们的日常生活中发挥重要作用。在接下来的几十年里,机器人将逐渐从工业和科学扩展到日常生活,类似于计算机在20世纪80年代开始逐渐传播到家庭的过程。

来自世界先进制造技术论坛

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