站上解剖台 深入探索机器人内部机密
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站上解剖台 深入探索机器人内部机密  2012/3/1
尽管是在当前十分严峻的经济形势中,机器人技术仍不断地出现在各种新应用领域。在制造业方面,机器人的数量正因资金挹注而持续增加中。此外,针对医疗、服务、航空与军事等领域的机器人市场也正在成长。同时,在清扫机器人Roomba问世后,曾经是科幻小说题材的消费性机器人时代正开始改变我们的日常居家生活。目前的成长趋势并非仅是一时风行。许多枯燥、污脏和危险的工作最终将由机器人来完成,不过,技术应该如何发展才能满足未来

    尽管是在当前十分严峻的经济形势中,机器人技术仍不断地出现在各种新应用领域。在制造业方面,机器人的数量正因资金挹注而持续增加中。此外,针对医疗、服务、航空与军事等领域的机器人市场也正在成长。同时,在清扫机器人Roomba问世后,曾经是科幻小说题材的消费性机器人时代正开始改变我们的日常居家生活。

    目前的成长趋势并非仅是一时风行。许多枯燥、污脏和危险的工作最终将由机器人来完成,不过,技术应该如何发展才能满足未来的需求呢?

    在机器人真正能够普及于人类生活以前,我们必须在以下几方面取得技术的进展:

  • 缩短实时系统响应的总时间(从传感器到致动器),以增强机器人的性能;

  • 研发先进的人工智能,强化机器人更自主的决策能力;

  • 开发小巧且轻便的传感器与致动器,实现更小型且更具能效的机器人;

  • 使机器人具有能量监测与自我发电的能力,以延长自主运作的时间。

    为了能够一窥未来的发展前景,最佳的办法就是探究机器人技术的现况。透过研究机器人技术的现状,有助于窥探或展望机器人技术的未来。那么,还有什么比将具有代表性的机器人送上解剖台上认真且仔细地审视其"解剖结构’(anatomy)还要更好的办法呢?


图文:为了能够一窥机器人的发展前景,把机器人送上解剖台认真且仔细地审视其"解剖结构’无疑是最佳办法。

    任何一位好医生都知道解剖学的研究应该从器官的分类开始。因此,我们在此首先针对机器人的"器官’进行分类。根据电子工程学的功能分类,构成机器人的组成要件可分为5大类:传感器、传输通讯、控制、致动器与电源

传感器

    除了作业程序以外,对于机器人的输入绝大部份来自于其内建的传感器。就像我们拥有五官一样,这些传感器为机器人提供有关外在世界的信息。举例来说,自主行走型机器人必须了解周遭环境以便能顺利走动,而以感知环境信息为主要目标的机器人则需把信息反馈给远程的操作人员(Mars Rover火星车就是一个特别著名的例子)。无论哪一种情况,传感器在机器人解剖结构中都是重要的组成部份。

    业界已经为科学研究与工程社群设计出种类繁多的传感器,其中有许多传感器可透过电气接口整合于机器人中。对于机器人应用而言,CMOS成像器、红外线测距仪、压力传感器与加速度计等均为相当普遍的传感器。

    在目前现有的众多传感器基础上,机器人感测技术的未来将朝向更小、更轻、性价比更高且更易于整合的方向发展。

通讯

    对于机器人而言,内部与外部通讯都是至关重要的。内部通讯直接决定了操作的实时性。犹如人类的神经系统一样,内部通讯可将信息从传感器馈送至处理器或机器人的控制部份。内部通讯协议的速度对于系统响应也十分重要。

    而外部通讯则并不一定必须具有实时性,例如下载程序或数据文件就不需要实时的响应。但在某些情况下,例如在控制远程遥控型机器人的运动时,外部通讯的实时性就具有至关重要的作用,因为任何的延迟都可能导致意外。

    无论是内部通讯还是外部通讯,未来都将要求机器人能够实现“更快速”的通讯。特别是专为其它产业开发的更高频宽与高速协议,将受到机器人设计者的欢迎与利用。

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