解析:機器人是如何工作的

2020-11-25 中國機器人網

   英語裡「

機器人

」(Robot)這個術語來自於捷克語單詞robota,通常譯作「強制勞動者」。用它來描述大多數機器人是十分貼切的。世界上的機器人大多用來從事繁重的重複性製造工作。它們負責那些對人類來說非常困難、危險或枯燥的任務。

 

  最常見的製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,使機器臂不斷重複完全相同的動作。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,它具有相當於肩膀、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。

 

  一個六軸工業機器人的關節

 

  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於特定

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並移動不同的物品,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、鑽頭和噴漆器。

  工業機器人專門用來在受控環境下反覆執行完全相同的工作。例如,某部機器人可能會負責給裝配線上傳送的花生醬罐子擰上蓋子。為了教機器人如何做這項工作,程式設計師會用一隻手持控制器來引導機器臂完成整套動作。機器人將動作序列準確地存儲在內存中,此後每當裝配線上有新的罐子傳送過來時,它就會反覆地做這套動作。

 

  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鑽孔,用相同的力度擰螺釘。製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晶片組裝起來。

 

  機器臂的製造和編程難度相對較低,因為它們只在一個有限的區域內工作。如果您要把機器人送到廣闊的外部世界,事情就變得有些複雜了。

 

  首要的難題是為機器人提供一個可行的運動系統。如果機器人只需要在平地上移動,輪子或軌道往往是最好的選擇。如果輪子和軌道足夠寬,它們還適用於較為崎嶇的地形。但是機器人的設計者往往希望使用腿狀結構,因為它們的適應性更強。製造有腿的機器人還有助於使研究人員了解自然運動學的知識,這在生物研究領域是有益的實踐。

 

  機器人的腿通常是在液壓或氣動活塞的驅動下前後移動的。各個活塞連接在不同的腿部部件上,就像不同骨骼上附著的肌肉。若要使所有這些活塞都能以正確的方式協同工作,這無疑是一個難題。在嬰兒階段,人的大腦必須弄清哪些肌肉需要同時收縮才能使得在直立行走時不致摔倒。同理,機器人的設計師必須弄清與行走有關的正確活塞運動組合,並將這一信息編入機器人的計算機中。許多移動型機器人都有一個內置平衡系統(如一組陀螺儀),該系統會告訴計算機何時需要校正機器人的動作。

 

  波士頓動力最新升級版的Atlas人形機器人

 

  兩足行走的運動方式本身是不穩定的,因此在機器人的製造中實現難度極大。為了設計出行走更穩的機器人,設計師們常會將眼光投向動物界,尤其是昆蟲。昆蟲有六條腿,它們往往具有超凡的平衡能力,對許多不同的地形都能適應自如。

 

  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。例如,操作人員可能會指示機器人到達某個特定的地點,但不會為它指引路線,而是任由它找到自己的路。

 

  NASA研發可遠程控制的太空機器人R2

 

  自動機器人可以自主行動,無需依賴於任何控制人員。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。當您啟動機器人後,它大體上是沿一條直線曲折行進的。當它碰到障礙物時,衝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後退,再向右轉,然後繼續前進。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,以便製造出智能程度更高、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於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),並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,而圖像識別軟體則使機器人有能力確定物體的位置,並辨認各種物體。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。

 

  某些自動機器人只能在它們熟悉的有限環境中工作。例如,割草機器人依靠埋在地下的界標確定草場的範圍。而用來清潔辦公室的機器人則需要建築物的地圖才能在不同的地點之間移動。

 

  較高級的機器人可以分析和適應不熟悉的環境,甚至能適應地形崎嶇的地區。這些機器人可以將特定的地形模式與特定的動作相關聯。例如,一個漫遊車機器人會利用它的視覺傳感器生成前方地面的地圖。如果地圖上顯示的是崎嶇不平的地形模式,機器人會知道它該走另一條道。這種系統對於在其他行星上工作的探索型機器人是非常有用的。

 

  有一套備選的機器人設計方案採用了較為鬆散的結構,引入了隨機化因素。當這種機器人被卡住時,它會向各個方向移動附肢,直到它的動作產生效果為止。它通過力傳感器和傳動裝置緊密協作完成任務,而不是由計算機通過程序指導一切。這和螞蟻嘗試繞過障礙物時有相似之處:螞蟻在需要通過障礙物時似乎不會當機立斷,而是不斷嘗試各種做法,直到繞過障礙物為止。

相關焦點

  • 機器人的工作原理,非常詳細的解析!
    很多人一聽到「機器人」這三個字腦中就會浮現「外形酷炫」、「功能強大」、「高端」等這些詞,認為機器人就和科幻電影裡的「終結者」一樣高端炫酷。其實不然,在本文中,我們將探討機器人學的基本概念,並了解機器人是如何完成它們的任務的。
  • 機器人核心部件諧波減速機的結構以及工作原理解析
    打開APP 機器人核心部件諧波減速機的結構以及工作原理解析 佚名 發表於 2019-10-31 08:33:07 工業機器人廣泛應用於汽車製造
  • 詳細圖文解析更換ABB大型機器人二、三軸減速機
    打開APP 詳細圖文解析更換ABB大型機器人二、三軸減速機 發表於 2018-01-08 15:15:30 如何為大型ABB機器人更換減速機
  • 如何使用AI製作聊天機器人?
    世界正在慢慢走向智能業務系統,這些系統可以代表人類做出重要決策或執行重要行動同時提供個性化體驗,AI Chatbots是當前商業技術領域的最新風潮,關鍵優勢在於隨時隨地的互動使企業能夠全球接觸潛在客戶,讓我們來看看AI聊天機器人的重要方面以及它們是如何構建的。
  • 掃地機器人室內定位技術解析
    掃地機器人室內定位技術解析 張玉坤/劉偉 發表於 2016-06-08 11:43:26   相信屏幕前的各位看官應該都有過掃地的經歷,回想一下掃地的過程,可以分解為兩個主要的動作:走到某個位置;將其打掃乾淨
  • 《尼爾:機械紀元》製作遊戲機器人bug位置圖文解析
    導 讀 《尼爾:機械紀元》中支線任務製作遊戲機器人bug在哪裡,很多玩家都沒找到BUG位置,下面小編就為大家分享尼爾機械紀元製作遊戲機器人bug位置圖文解析
  • 智能語音機器人工作原理解析,淺談VAD技術
    如今智能語音設備或者機器人很多,如智慧型手機(例如Cortana,Siri,Ok Google,...),個人助理(例如Google Home,Amazon Echo,...),交互式語音應答(銀行,應答機, ......)
  • 機器人在核輻射環境下工作
    第一顆原子彈的工作幾乎要依賴遙控機器人。他們沒有其他的工作方式與放射性物質接觸。他們用純機械耦合的遙控機器人。操作員將站在一邊的含鉛厚玻璃窗口,而機器人操縱材料在另一邊。電纜和管道提供了耦合。不久,這些系統精心設計的計數器平衡和非常低的摩擦表面。機械耦合提供了自然的力反饋。
  • 「天問一號」發射成功,火星機器人是如何工作的?
    「天問一號」火星機器人將承載火星表面巡視探測等重要使命,為中國打開火星之門,使我們真正進入深空「天問一號」火星機器人長這樣在成功著陸之後,「天問一號」火星機器人將進行「拍照留念」、探測物質和元素、探測環境和偵測火星淺層地質結構
  • 「天問一號」發射成功,帶你看看我們的火星機器人是如何工作的?
    但你知不知道近50年的火星地表勘測成功完成任務的機器人有而在2021年火星上的機器人軍團將迎來一個會說中文的新夥伴。「天問一號」火星機器人長這樣↓同時豎立在前端的桅杆頂端的全景相機,可以幫助機器人自主避障。
  • 焊接機器人工作原理
    打開APP 焊接機器人工作原理 姚遠香 發表於 2019-02-26 15:10:25   焊接機器人的基本工作原理是示教再現,即由用戶導引機器人,一步步按實際任務操作一遍,機器人在導引過程中自動記憶示教的每個動作的位置、姿態、運動參數、焊接參數等,並自動生成一個連續執行全部操作的程序。
  • 解析:機器人系統架構有哪些特殊技巧?
    第二個原因是:如果1、2工作完成後,3的工作其實和機器人本身並不大,計算機專業恐怕會做的更好。因此本文主要就1給出一些總結和建議。另外,由於所研究的算法過(wu)於(fa)先(ying)進(yong),通常會在專業的學術期刊上發表,在此也不做過多討論。
  • 電影《我,機器人》深度解析,機器人和人類的關係,誰對誰錯?
    《我,機器人》深度解析,機器人和人類的關係,誰對誰錯?《我,機器人》是由亞歷克斯 普羅亞斯指導的現代科幻電影,與其說是一部科幻片,個人感覺更準確一點說法應該是現代科幻恐怖片。而比手機先進百倍的機器人,如果真的像手機一樣出現我們的日常生活中,那我們是否會被機器人所統治?這部電影正是對這個問題感到擔憂。影片的背景是2035年,是機器人全面進入人類社會,為人類社會所服務。不僅僅是在高度發達的機械化工廠,機器人已經走進千家萬戶,作為最好的生產工具和人類夥伴,機器人在人類社會已經扮演著舉足輕重的地位。
  • 我是如何通過Web爬蟲找工作的
    作者: Zhia Hwa Chong編譯: Mika本文為 CDA 數據分析師原創作品,轉載需授權前言當時我剛從大學畢業,需要找一份工作。那時我不太喜歡社交,因此我決定以我所知道的最佳方法來找工作,即開發一個應用程式,這篇文章就介紹了我是如何做到的。
  • 工業機器人的集成與應用解析
    提到機器人,我們都有種很熟悉的感覺,市面上有很多機器人玩具,這都是小朋友們的最愛,而機器人慢慢地也進入到了我們的社會生活中,如在一些餐廳,酒店,你可以看到有機器人廚師,機器人服務生,在一些物流行業,利用機器人分發商品,搬運等,在工業領域,利用工業機器人切割,焊接等。
  • 西寧送餐機器人的結構和工作原理
    西寧送餐機器人的結構和工作原理 ,「m3f03」 西寧送餐機器人的結構和工作原理甚至還有迎賓待客這種比較有挑戰性的功能。機器人作為無人駕駛的導引車,體積相較其他機器人都小的多,但是機器人所蘊藏的能力卻是體積放大後的好多倍,自動升降式、牽引式、背負式多種的負重形式讓機器人在企業工廠裡自如的工作,幾乎不受環境的束縛。機器人的過程實際就是一個玩的過程,在玩的過程中,也就是我們經常提到的做中學。年餐飲機器人商場增需求首要來自轎車、、電商、菸草職業,其間轎車業仍然是為首要的商場。
  • 掃地機器人十大排名哪個牌子好?用實力說話的大牌解析
    掃地機器人十大排名哪個牌子好?用實力說話的大牌解析 一直以來,地面清掃工作就是我們頭痛的家務事,先掃再拖,繁瑣又費力。
  • 協作機械臂的設計解析及應用介紹|珞石機器人系統工程師任賾宇
    柔性協作機器人技術,即是在機器人的應用過程中,解決機器人與環境接觸交互問題的有效解決方案。而在和人類頻繁交互的應用場合,為了提高機器人使用的安全性與智能性,柔性協作機器人應運而生。隨著機器人向更深更廣方向的發展以及機器人智能化水平的提高,機器人的應用範周在不斷地擴大,近些年更是隨著人力資源的短缺,在餐飲、養老和醫療康復等新興領域對機器人應用的需求也迅速提高。
  • C位出道-Stewart並聯機器人
    將Stewart與Gough聯繫在一起是源於Stewart在1965年發表的一篇論文中,提及了Gough的工作和這種平臺的圖像,這篇論文對並聯機器人運動學的發展產生了重要的影響。基於此,這類構型的並聯機器人也被稱為Gough-Stewart機器人。在學術上,Stewart機器人也是最經典的並聯機器人構型。
  • 掃地機器人工作原理是什麼
    它是將移動機器人技術和吸塵器技術有機地融合在一起,實現自主移動清掃地面垃圾的功能。家用智能掃地機器人大部分製造成扁園形,通過遙控器和機內電腦晶片自主操控,還可預約清掃。那麼問題來了,掃地機器人工作原理是什麼呢?