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1.機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)

下圖中標(biāo)識(shí)了機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。它是由輸入設(shè)備、控制器、輸出設(shè)備三個(gè)部分組成。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，機(jī)器人是一種高度集成了各種設(shè)備的機(jī)器。

 

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

2.機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)

機(jī)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(jì)劃一行動(dòng)”（SPA）結(jié)構(gòu)。從感知進(jìn)行映射，經(jīng)過(guò)一個(gè)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(dòng)，最終在真實(shí)的環(huán)境中執(zhí)行這些規(guī)劃。與之對(duì)應(yīng)的軟件結(jié)構(gòu)稱(chēng)為經(jīng)典模型，也稱(chēng)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(yù)測(cè)的軟件結(jié)構(gòu)。

SPA機(jī)器人系統(tǒng)最典型的結(jié)構(gòu)是建立三個(gè)抽象層，分別稱(chēng)為行駛層（Pilot）（最低層）、導(dǎo)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(guò)下面兩層的預(yù)處理后達(dá)到最高“智能”層作實(shí)施決策，實(shí)際的行駛（如導(dǎo)航和行駛功能）由下面各層執(zhí)行，最低層再次成為與小車(chē)的接口，將駕駛指令發(fā)送給機(jī)器人的執(zhí)行器。

3.機(jī)器人系統(tǒng)

把各種傳感器、控制模塊、執(zhí)行構(gòu)件等多個(gè)設(shè)備組合在一起，構(gòu)建一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)，面臨很多復(fù)雜的問(wèn)題，這樣機(jī)器人專(zhuān)用的中間件就會(huì)起到很大作用；研究開(kāi)發(fā)機(jī)器人需要高度整合各種各樣設(shè)備，如果完全從零開(kāi)始開(kāi)發(fā)，那么在技術(shù)上、時(shí)間上、金錢(qián)上都需要投入巨大的成本。把機(jī)器人需要的各類(lèi)軟件要素總結(jié)在一起，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)用于機(jī)器人的中間件，再開(kāi)發(fā)機(jī)器人的效率就大為提升，人們就能夠?qū)崿F(xiàn)高速開(kāi)發(fā)、提升可維護(hù)性，可以與外部系統(tǒng)更靈活聯(lián)動(dòng)。

1）高效利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

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

2）機(jī)器人專(zhuān)用中間件

開(kāi)發(fā)者在實(shí)際研究開(kāi)發(fā)構(gòu)建機(jī)器人時(shí)，面臨的最大困難是怎樣把多個(gè)構(gòu)成要素組合為一個(gè)整體系統(tǒng)。機(jī)器人專(zhuān)用中間件可以很好地幫助解決問(wèn)題，機(jī)器人專(zhuān)用中間件有RT和ROS兩種。RT有開(kāi)源版本的OpenHRP3；ROS（Robot Operating System）是一個(gè)在歐美地區(qū)廣泛應(yīng)用的機(jī)器人開(kāi)發(fā)開(kāi)源平臺(tái)。

3）連接到云端的機(jī)器人

物聯(lián)網(wǎng)把設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)云計(jì)算和機(jī)器人技術(shù)結(jié)合后，就成了云機(jī)器人。以前生產(chǎn)線上的設(shè)備靠PLC控制器編程，在小范圍進(jìn)行設(shè)備控制?，F(xiàn)在由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，創(chuàng)造了物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人。

4.機(jī)器人相關(guān)技術(shù)

機(jī)器人技術(shù)通?？梢苑譃槿齻€(gè)部分：感知、認(rèn)知和行為控制。感知基于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及各種傳感器的信息處理；認(rèn)知部分負(fù)責(zé)更高級(jí)的語(yǔ)義處理，如推理、規(guī)劃、記憶、學(xué)習(xí)等；行為控制部分則是專(zhuān)門(mén)對(duì)機(jī)器人的行為進(jìn)行控制。

5.機(jī)器人新技術(shù) 1)“軟體的機(jī)器人”——柔性機(jī)器人技術(shù)

柔性機(jī)器人技術(shù)是指將柔性材料用于機(jī)器人的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造上，控制方式采用記憶合金、氣體驅(qū)動(dòng)等。因?yàn)槿嵝圆牧夏軌蚩煽氐馗淖冏陨淼男螤?，所以在管道故障檢查、醫(yī)療診斷、偵查探測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前應(yīng)用比較成功的方向：機(jī)器人的抓取，在對(duì)軟性的、易碎的物品抓取方面，軟體機(jī)器人要優(yōu)于傳統(tǒng)的剛性機(jī)器人；醫(yī)療康復(fù)，輔助穿戴式柔性設(shè)備目前也取得了成功。

2)“機(jī)器人可變形”一一液態(tài)金屬控制技術(shù)

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

《終結(jié)者》中的液態(tài)金屬機(jī)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(dú)立的思維，既可以分散獨(dú)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(xué)院和中科院理化技術(shù)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(yùn)動(dòng)的液態(tài)金屬機(jī)器。這一成果為研制實(shí)用化智能馬達(dá)、血管機(jī)器人、流體泵送系統(tǒng)、柔性執(zhí)行器乃至更為復(fù)雜的液態(tài)金屬機(jī)器人奠定了基礎(chǔ)。

3)“生物信號(hào)控制的機(jī)器人”——生肌電控制技術(shù)