即使在目前严峻的经济形势下,仍有面向各个新应用领域的机器人不断涌现出来。在制造业方面,尽管增长速度受到资金的限制,机器人的数量仍在不断增加。另外控制工程网版权所有,医疗、服务、空间和军事领域等机器人市场也在增长中。与此同时,曾经是科幻小说素材的消费机器人时代已随着清扫机器人的出现而到来并开始改变我们的日常家庭生活。
目前的增长并非仅仅是短期的狂热。许多枯燥、肮脏和危险的工作最终将由机器人来完成,但技术将如何发展才能满足这个未来需求呢?
要使机器人真正成为我们生活中无处不在的东西CONTROL ENGINEERING China版权所有,必须在下列方面取得技术进步:
•缩短实时系统响应的总时间(从传感器到执行器)以增强机器人的性能;
•具有先进的人工智能以增强自主决策能力;
•传感器和执行器更为小巧和轻便以减小机器人的体积并提高能效;
•具有能量监测和发电能力以延长自主工作时间。
我们可以通过研究机器人技术的现状来窥探或展望机器人技术的未来。把具有代表性的机器人吊上解剖台并认真审视其“解剖结构”无疑是完成这个任务的好方法。
任何好医生都知道解剖研究应从器官分类开始CONTROL ENGINEERING China版权所有,这里,我们首先对机器人的“器官”进行分类。我们可以把机器人的构件按照电子功能分为5大类:传感器、通讯部分、控制部分、执行器和电源。
传感器
除操作程序之外,机器人的输入绝大部分来自所包含的传感器。就像我们自己的五官一样,传感器向机器人提供有关外部世界的信息。举例来说,自主行走型机器人需要了解周围环境以便走动,而以感知环境信息为主要目标的机器人需要把信息反馈给远程操作员(火星车是一个特别有名的例子)。无论哪种情况,传感器都是机器人解剖结构的重要组成部分。
人们已经为科学研究和工程实现设计出种类繁多的传感器,许多传感器可通过电子接口应用在机器人中。对机器人而言,CMOS成像器、红外线测距仪、压力传感器和加速度计是更为常见的传感器。
在大量现有传感器的基础上,机器人传感技术的未来将向更小、更轻、性价比更高且更易于整合的方向发展。
通讯
对于机器人而言控制工程网版权所有,内部和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CONTROL ENGINEERING China版权所有,内部通讯把信息从传感器馈送给处理器或机器人的控制部分。内部通信协议的速度直接影响系统的响应速度。
实时性并不是外部通讯的一贯性要求,如下载程序或数据文件就不需要即时响应。但在某些情况下,如在控制遥控型机器人的运动时,外部通讯的实时性则具有至关重要的作用,因为任何拖延都可能造成事故。
未来对机器人通讯的要求,不论是内部通讯还是外部通讯,都将归结为“更快”。特别地,更宽的带宽和为其它行业开发的高速协议将受到机器人设计者的欢迎并被加以利用。
控制
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