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1.機器人基本結(jié)構(gòu)

下圖中標識了機器人的結(jié)構(gòu)。它是由輸入設備、控制器、輸出設備三個部分組成。從這個角度來說，機器人是一種高度集成了各種設備的機器。

 

下圖中所示是特斯拉機器人組裝工廠的一角，是目前最先進的工業(yè)機器人。他們能夠協(xié)同工作，共同來組裝完成一輛汽車。它與我們想象中的機器人最大的不同之處在于它會協(xié)同工作。

2.機器人系統(tǒng)架構(gòu)

機器人的工作模式是see-think-act，所以自然而然地就形成了“傳感一計劃一行動”（SPA）結(jié)構(gòu)。從感知進行映射，經(jīng)過一個內(nèi)在的世界模型的構(gòu)造，再由此模型規(guī)劃一系列的行動，最終在真實的環(huán)境中執(zhí)行這些規(guī)劃。與之對應的軟件結(jié)構(gòu)稱為經(jīng)典模型，也稱為層次模型、功能模型、工程模型或三層模型，這是一種由上至下執(zhí)行的可預測的軟件結(jié)構(gòu)。

SPA機器人系統(tǒng)最典型的結(jié)構(gòu)是建立三個抽象層，分別稱為行駛層（Pilot）（最低層）、導航層（Navigator）（中間層）、規(guī)劃層（Planner）（最高層）。傳感器獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過下面兩層的預處理后達到最高“智能”層作實施決策，實際的行駛（如導航和行駛功能）由下面各層執(zhí)行，最低層再次成為與小車的接口，將駕駛指令發(fā)送給機器人的執(zhí)行器。

3.機器人系統(tǒng)

把各種傳感器、控制模塊、執(zhí)行構(gòu)件等多個設備組合在一起，構(gòu)建一個機器人系統(tǒng)，面臨很多復雜的問題，這樣機器人專用的中間件就會起到很大作用；研究開發(fā)機器人需要高度整合各種各樣設備，如果完全從零開始開發(fā)，那么在技術上、時間上、金錢上都需要投入巨大的成本。把機器人需要的各類軟件要素總結(jié)在一起，專門開發(fā)用于機器人的中間件，再開發(fā)機器人的效率就大為提升，人們就能夠?qū)崿F(xiàn)高速開發(fā)、提升可維護性，可以與外部系統(tǒng)更靈活聯(lián)動。

1）高效利用網(wǎng)絡環(huán)境

機器人接收到信息和命令后，組合指令來執(zhí)行系列任務。這樣常需要機器人連網(wǎng)隨時獲取指令和利用外部資源，特別是存在云端服務器上的資源。

2）機器人專用中間件

開發(fā)者在實際研究開發(fā)構(gòu)建機器人時，面臨的最大困難是怎樣把多個構(gòu)成要素組合為一個整體系統(tǒng)。機器人專用中間件可以很好地幫助解決問題，機器人專用中間件有RT和ROS兩種。RT有開源版本的OpenHRP3；ROS（Robot Operating System）是一個在歐美地區(qū)廣泛應用的機器人開發(fā)開源平臺。

3）連接到云端的機器人

物聯(lián)網(wǎng)把設備連接到互聯(lián)網(wǎng)，當云計算和機器人技術結(jié)合后，就成了云機器人。以前生產(chǎn)線上的設備靠PLC控制器編程，在小范圍進行設備控制?，F(xiàn)在由于物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，創(chuàng)造了物聯(lián)網(wǎng)機器人。

4.機器人相關技術

機器人技術通?？梢苑譃槿齻€部分：感知、認知和行為控制。感知基于視覺、聽覺及各種傳感器的信息處理；認知部分負責更高級的語義處理，如推理、規(guī)劃、記憶、學習等；行為控制部分則是專門對機器人的行為進行控制。

5.機器人新技術 1)“軟體的機器人”——柔性機器人技術

柔性機器人技術是指將柔性材料用于機器人的研發(fā)、設計和制造上，控制方式采用記憶合金、氣體驅(qū)動等。因為柔性材料能夠可控地改變自身的形狀，所以在管道故障檢查、醫(yī)療診斷、偵查探測領域應用廣泛。目前應用比較成功的方向：機器人的抓取，在對軟性的、易碎的物品抓取方面，軟體機器人要優(yōu)于傳統(tǒng)的剛性機器人；醫(yī)療康復，輔助穿戴式柔性設備目前也取得了成功。

2)“機器人可變形”一一液態(tài)金屬控制技術

液體金屬即液態(tài)金屬，主要應用于消費電子領域，這種金屬具有熔融后塑形能力強、高硬度、抗腐蝕、高耐磨等特點。

《終結(jié)者》中的液態(tài)金屬機器人T1000的身體是由可還原記憶的液態(tài)金屬構(gòu)成，T1000的每一滴液態(tài)金屬都是它的CPU，這些CPU擁有獨立的思維，既可以分散獨立工作，也能自我組合，相互協(xié)作。

在2014年發(fā)現(xiàn)電控可變形液態(tài)金屬后，清華醫(yī)學院和中科院理化技術研究所合作在2015年3月研制出完全擺脫外部電力，可以自主運動的液態(tài)金屬機器。這一成果為研制實用化智能馬達、血管機器人、流體泵送系統(tǒng)、柔性執(zhí)行器乃至更為復雜的液態(tài)金屬機器人奠定了基礎。

3)“生物信號控制的機器人”——生肌電控制技術