超詳細的機器人工作原理分析來嘍!確認過眼神,是你不能錯過的!
很多人一聽到“機器人”這三個字腦中就會浮現很多酷炫的詞,認為機器人就和科幻電影里的“終結者”一樣高端炫酷。但其實,機器人是有其獨特的工作原理的,大多數的機器人確實擁有一些共同的特性。
首先,幾乎所有機器人都有一個可以移動的身體。有些擁有的只是機動化的輪子,而有些則擁有大量可移動的部件,這些部件一般是由金屬或塑料制成的。與人體骨骼類似,這些獨立的部件是用關節連接起來的。
其次,機器人需要一個能量源來驅動這些傳動裝置。大多數機器人會使用電池或墻上的電源插座來供電。此外,液壓機器人還需要一個泵來為液體加壓,而氣動機器人則需要氣體壓縮機或壓縮氣罐。
機器人的計算機可以控制與電路相連的所有部件。為了使機器人動起來,計算機會打開所有需要的馬達和閥門。大多數機器人是可重新編程的。如果要改變某部機器人的行為,您只需將一個新的程序寫入它的計算機即可。
光學傳感器讀取光束閃動的模式,并將數據傳送給計算機。計算機可以根據這一模式準確地計算出關節已經旋轉的距離。計算機鼠標中使用的基本系統與此相同。
最常見的制造類機器人是機器臂。
一部典型的機器臂由七個金屬部件構成,它們是用六個關節接起來的。計算機將旋轉與每個關節分別相連的步進式馬達,以便控制機器人(某些大型機器臂使用液壓或氣動系統)。
與普通馬達不同,步進式馬達會以增量方式精確移動。這使計算機可以精確地移動機器臂,使機器臂不斷重復完全相同的動作。機器人利用運動傳感器來確保自己完全按正確的量移動。
這種帶有六個關節的工業機器人與人類的手臂極為相似,它具有相當于肩膀、肘部和腕部的部位。它的“肩膀”通常安裝在一個固定的基座結構(而不是移動的身體)上。這種類型的機器人有六個自由度,也就是說,它能向六個不同的方向轉動。與之相比,人的手臂有七個自由度。
人類手臂的作用是將手移動到不同的位置。類似地,機器臂的作用則是移動末端執行器。您可以在機器臂上安裝適用于特定應用場景的各種末端執行器。有一種常見的末端執行器能抓握并移動不同的物品,它是人手的簡化版本。
機器手往往有內置的壓力傳感器,用來將機器人抓握某一特定物體時的力度告訴計算機。這使機器人手中的物體不致掉落或被擠破。其他末端執行器還包括噴燈、鉆頭和噴漆器。
還有大多數工業機器人在汽車裝配線上工作,負責組裝汽車。在進行大量的此類工作時,機器人的效率比人類高得多,因為它們非常精確。無論它們已經工作了多少小時,它們仍能在相同的位置鉆孔,用相同的力度擰螺釘。制造類機器人在計算機產業中也發揮著十分重要的作用。它們無比精確的巧手可以將一塊極小的微型芯片組裝起來。
某些移動型機器人是遠程控制的,人類可以指揮它們在特定的時間從事特定的工作。遙控裝置可以使用連接線、無線電或紅外信號與機器人通信。遠程機器人常被稱為傀儡機器人,它們在探索充滿危險或人類無法進入的環境(如深海或火山內部)時非常有用。有些機器人只是部分受到遙控。
自動機器人可以自主行動,無需依賴于任何控制人員。其基本原理是對機器人進行編程,使之能以某種方式對外界刺激做出反應。極其簡單的碰撞反應機器人可以很好地詮釋這一原理。
這種機器人有一個用來檢查障礙物的碰撞傳感器。當您啟動機器人后,它大體上是沿一條直線曲折行進的。當它碰到障礙物時,沖擊力會作用在它的碰撞傳感器上。每次發生碰撞時,機器人的程序會指示它后退,再向右轉,然后繼續前進。按照這種方法,機器人只要遇到障礙物就會改變它的方向。
高級機器人會以更精巧的方式運用這一原理。機器人專家們將開發新的程序和傳感系統,以便制造出智能程度更高、感知能力更強的機器人。如今的機器人可以在各種環境中大展身手。
較為簡單的移動型機器人使用紅外或超聲波傳感器來感知障礙物。這些傳感器的工作方式類似于動物的回聲定位系統:機器人發出一個聲音信號(或一束紅外光線),并檢測信號的反射情況。機器人會根據信號反射所用的時間計算出它與障礙物之間的距離。
較高級的機器人利用立體視覺來觀察周圍的世界。兩個攝像頭可以為機器人提供深度感知,而圖像識別軟件則使機器人有能力確定物體的位置,并辨認各種物體。機器人還可以使用麥克風和氣味傳感器來分析周圍的環境。