機(jī)器人組成部分的介紹及工作原理分析

　　很多人一聽到“機(jī)器人”這三個(gè)字腦中就會(huì)浮現(xiàn)“外形酷炫”、“功能強(qiáng)大”、“高端”等這些詞，認(rèn)為機(jī)器人就和科幻電影里的“終結(jié)者”一樣高端炫酷。其實(shí)不然，在本文中，我們將探討機(jī)器人學(xué)的基本概念，并了解機(jī)器人是如何完成它們的任務(wù)的。

　　一、機(jī)器人的組成部分

　　從最基本的層面來看，人體包括五個(gè)主要組成部分：

　　身體結(jié)構(gòu)

　　肌肉系統(tǒng)，用來移動(dòng)身體結(jié)構(gòu)

　　感官系統(tǒng)，用來接收有關(guān)身體和周圍環(huán)境的信息

　　能量源，用來給肌肉和感官提供能量

　　大腦系統(tǒng)，用來處理感官信息和指揮肌肉運(yùn)動(dòng)

　　當(dāng)然，人類還有一些無形的特征，如智能和道德，但在純粹的物理層面上，此列表已經(jīng)相當(dāng)完備了。

　　機(jī)器人的組成部分與人類極為類似。一個(gè)典型的機(jī)器人有一套可移動(dòng)的身體結(jié)構(gòu)、一部類似于馬達(dá)的裝置、一套傳感系統(tǒng)、一個(gè)電源和一個(gè)用來控制所有這些要素的計(jì)算機(jī)“大腦”。從本質(zhì)上講，機(jī)器人是由人類制造的“動(dòng)物”，它們是模仿人類和動(dòng)物行為的機(jī)器。

　　仿生袋鼠機(jī)器人

　　機(jī)器人的定義范圍很廣，大到工廠服務(wù)的工業(yè)機(jī)器人，小到居家打掃機(jī)器人。按照目前最寬泛的定義，如果某樣?xùn)|西被許多人認(rèn)為是機(jī)器人，那么它就是機(jī)器人。許多機(jī)器人專家（制造機(jī)器人的人）使用的是一種更為精確的定義。他們規(guī)定，機(jī)器人應(yīng)具有可重新編程的大腦（一臺(tái)計(jì)算機(jī)），用來移動(dòng)身體。

　　根據(jù)這一定義，機(jī)器人與其他可移動(dòng)的機(jī)器（如汽車）的不同之處在于它們的計(jì)算機(jī)要素。許多新型汽車都有一臺(tái)車載計(jì)算機(jī)，但只是用它來做微小的調(diào)整。駕駛員通過各種機(jī)械裝置直接控制車輛的大多數(shù)部件。而機(jī)器人在物理特性方面與普通的計(jì)算機(jī)不同，它們各自連接著一個(gè)身體，而普通的計(jì)算機(jī)則不然。

　　大多數(shù)機(jī)器人確實(shí)擁有一些共同的特性

　　首先，幾乎所有機(jī)器人都有一個(gè)可以移動(dòng)的身體。有些擁有的只是機(jī)動(dòng)化的輪子，而有些則擁有大量可移動(dòng)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(dú)立的部件是用關(guān)節(jié)連接起來的。

　　機(jī)器人的輪與軸是用某種傳動(dòng)裝置連接起來的。有些機(jī)器人使用馬達(dá)和螺線管作為傳動(dòng)裝置；另一些則使用液壓系統(tǒng)；還有一些使用氣動(dòng)系統(tǒng)（由壓縮氣體驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)）。機(jī)器人可以使用上述任何類型的傳動(dòng)裝置。

　　其次，機(jī)器人需要一個(gè)能量源來驅(qū)動(dòng)這些傳動(dòng)裝置。大多數(shù)機(jī)器人會(huì)使用電池或墻上的電源插座來供電。此外，液壓機(jī)器人還需要一個(gè)泵來為液體加壓，而氣動(dòng)機(jī)器人則需要?dú)怏w壓縮機(jī)或壓縮氣罐。

　　所有傳動(dòng)裝置都通過導(dǎo)線與一塊電路相連。該電路直接為電動(dòng)馬達(dá)和螺線圈供電，并操縱電子閥門來啟動(dòng)液壓系統(tǒng)。閥門可以控制承壓流體在機(jī)器內(nèi)流動(dòng)的路徑。比如說，如果機(jī)器人要移動(dòng)一只由液壓驅(qū)動(dòng)的腿，它的控制器會(huì)打開一只閥門，這只閥門由液壓泵通向腿上的活塞筒。承壓流體將推動(dòng)活塞，使腿部向前旋轉(zhuǎn)。通常，機(jī)器人使用可提供雙向推力的活塞，以使部件能向兩個(gè)方向活動(dòng)。

　　機(jī)器人的計(jì)算機(jī)可以控制與電路相連的所有部件。為了使機(jī)器人動(dòng)起來，計(jì)算機(jī)會(huì)打開所有需要的馬達(dá)和閥門。大多數(shù)機(jī)器人是可重新編程的。如果要改變某部機(jī)器人的行為，您只需將一個(gè)新的程序?qū)懭胨挠?jì)算機(jī)即可。

　　并非所有的機(jī)器人都有傳感系統(tǒng)。很少有機(jī)器人具有視覺、聽覺、嗅覺或味覺。機(jī)器人擁有的最常見的一種感覺是運(yùn)動(dòng)感，也就是它監(jiān)控自身運(yùn)動(dòng)的能力。在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，機(jī)器人的關(guān)節(jié)處安裝著刻有凹槽的輪子。在輪子的一側(cè)有一個(gè)發(fā)光二極管，它發(fā)出一道光束，穿過凹槽，照在位于輪子另一側(cè)的光傳感器上。當(dāng)機(jī)器人移動(dòng)某個(gè)特定的關(guān)節(jié)時(shí)，有凹槽的輪子會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在此過程中，凹槽將擋住光束。

　　光學(xué)傳感器讀取光束閃動(dòng)的模式，并將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)可以根據(jù)這一模式準(zhǔn)確地計(jì)算出關(guān)節(jié)已經(jīng)旋轉(zhuǎn)的距離。計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)中使用的基本系統(tǒng)與此相同。

　　以上這些是機(jī)器人的基本組成部分。機(jī)器人專家有無數(shù)種方法可以將這些元素組合起來，從而制造出無限復(fù)雜的機(jī)器人。機(jī)器臂是最常見的設(shè)計(jì)之一。