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机器人的工作原理,非常详细的解析!
很多人一听到“机器人”这三个字脑中就会浮现“外形酷炫”、“功能强大”、“高端”等这些词,认为机器人就和科幻电影里的“终结者”一样高端炫酷。其实不然,在本文中,我们将探讨机器人学的基本概念,并了解机器人是如何完成它们的任务的。 1机器人的组成部分 从最基本的层面来看,人体包括五个主要组成部分:  ·身体结构 ·肌肉系统,用来移动身体结构 ·感官系统,用来接收有关身体和周围环境的信息 ·能量源,用来给肌肉和感官提供能量 ·大脑系统,用来处理感官信息和指挥肌肉运动 当然,人类还有一些无形的特征,如智能和道德,但在纯粹的物理层面上,此列表已经相当完备了。 机器人的组成部分与人类极为类似。一个典型的机器人有一套可移动的身体结构、一部类似于马达的装置、一套传感系统、一个电源和一个用来控制所有这些要素的计算机“大脑”。从本质上讲,机器人是由人类制造的“动物”,它们是模仿人类和动物行为的机器。 仿生袋鼠机器人 机器人的定义范围很广,大到工厂服务的工业机器人,小到居家打扫机器人。按照目前最宽泛的定义,如果某样东西被许多人认为是机器人,那么它就是机器人。许多机器人专家(制造机器人的人)使用的是一种更为精确的定义。他们规定,机器人应具有可重新编程的大脑(一台计算机),用来移动身体。 根据这一定义,机器人与其他可移动的机器(如汽车)的不同之处在于它们的计算机要素。许多新型汽车都有一台车载计算机,但只是用它来做微小的调整。驾驶员通过各种机械装置直接控制车辆的大多数部件。而机器人在物理特性方面与普通的计算机不同,它们各自连接着一个身体,而普通的计算机则不然。 大多数机器人确实拥有一些共同的特性 首先,几乎所有机器人都有一个可以移动的身体。有些拥有的只是机动化的轮子,而有些则拥有大量可移动的部件,这些部件一般是由金属或塑料制成的。与人体骨骼类似,这些独立的部件是用关节连接起来的。 机器人的轮与轴是用某种传动装置连接起来的。有些机器人使用马达和螺线管作为传动装置;另一些则使用液压系统;还有一些使用气动系统(由压缩气体驱动的系统)。机器人可以使用上述任何类型的传动装置。 其次,机器人需要一个能量源来驱动这些传动装置。大多数机器人会使用电池或墙上的电源插座来供电。此外,液压机器人还需要一个泵来为液体加压,而气动机器人则需要气体压缩机或压缩气罐。 所有传动装置都通过导线与一块电路相连。该电路直接为电动马达和螺线圈供电,并操纵电子阀门来启动液压系统。阀门可以控制承压流体在机器内流动的路径。比如说,如果机器人要移动一只由液压驱动的腿,它的控制器会打开一只阀门,这只阀门由液压泵通向腿上的活塞筒。承压流体将推动活塞,使腿部向前旋转。通常,机器人使用可提供双向推力的活塞,以使部件能向两个方向活动。 机器人的计算机可以控制与电路相连的所有部件。为了使机器人动起来,计算机会打开所有需要的马达和阀门。大多数机器人是可重新编程的。如果要改变某部机器人的行为,您只需将一个新的程序写入它的计算机即可。 并非所有的机器人都有传感系统。很少有机器人具有视觉、听觉、嗅觉或味觉。机器人拥有的最常见的一种感觉是运动感,也就是它监控自身运动的能力。在标准设计中,机器人的关节处安装着刻有凹槽的轮子。在轮子的一侧有一个发光二极管,它发出一道光束,穿过凹槽,照在位于轮子另一侧的光传感器上。当机器人移动某个特定的关节时,有凹槽的轮子会转动。在此过程中,凹槽将挡住光束。光学传感器读取光束闪动的模式,并将数据传送给计算机。计算机可以根据这一模式准确地计算出关节已经旋转的距离。计算机鼠标中使用的基本系统与此相同。 以上这些是机器人的基本组成部分。机器人专家有无数种方法可以将这些元素组合起来,从而制造出无限复杂的机器人。机器臂是最常见的设计之一。 2机器人是如何工作的 英语里“机器人”(Robot)这个术语来自于捷克语单词robota,通常译作“强制劳动者”。用它来描述大多数机器人是十分贴切的。世界上的机器人大多用来从事繁重的重复性制造工作。它们负责那些对人类来说非常困难、危险或枯燥的任务。 最常见的制造类机器人是机器臂。一部典型的机器臂由七个金属部件构成,它们是用六个关节接起来的。计算机将旋转与每个关节分别相连的步进式马达,以便控制机器人(某些大型机器臂使用液压或气动系统)。与普通马达不同,步进式马达会以增量方式精确移动。这使计算机可以精确地移动机器臂,使机器臂不断重复完全相同的动作。机器人利用运动传感器来确保自己完全按正确的量移动。 这种带有六个关节的工业机器人与人类的手臂极为相似,它具有相当于肩膀、肘部和腕部的部位。它的“肩膀”通常安装在一个固定的基座结构(而不是移动的身体)上。这种类型的机器人有六个自由度,也就是说,它能向六个不同的方向转动。与之相比,人的手臂有七个自由度。 一个六轴工业机器人的关节 人类手臂的作用是将手移动到不同的位置。类似地,机器臂的作用则是移动末端执行器。您可以在机器臂上安装适用于特定应用场景的各种末端执行器。有一种常见的末端执行器能抓握并移动不同的物品,它是人手的简化版本。机器手往往有内置的压力传感器,用来将机器人抓握某一特定物体时的力度告诉计算机。这使机器人手中的物体不致掉落或被挤破。其他末端执行器还包括喷灯、钻头和喷漆器。 工业机器人专门用来在受控环境下反复执