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机器人

机器人的本质是什么?

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一个机器人,可见传感器、电机和关节,展示感知、处理、行动三个核心组成部分
机器人需要感知环境、处理信息并采取物理行动。三者兼备才能定义一台机器是机器人。

烤面包机算机器人吗?遥控车呢?自动售货机?智能音箱?扫地机器人呢?

「机器人」这个词现在被到处乱用,可不是每台机器都够格。机器人是一台能感知世界、做出判断、然后动手的机器。绝大多数机器人身上有三样东西:传感器、控制器、执行器。翻译成人话就是:它注意到了什么,它想了一下,然后它动了。

第一部分:传感器帮助机器人注意

机器人得先知道周围在发生什么,这些信息全靠传感器。传感器就是专门探测某样东西的小装置,能探到的包括光线、距离、声音、触碰、温度、运动、方向、颜色和压力。

扫地机器人靠传感器找墙、避楼梯、绕家具、找灰;自动驾驶汽车靠摄像头和一堆传感器读路面、标志、车和行人;工厂里的机械臂靠传感器确认零件有没有摆到位。没有传感器的机器人,等于一个没有视觉、听觉和触觉的人在陌生房间里瞎摸。

第二部分:控制器帮助机器人决定

控制器是机器人拿主意的地方。它不是人那样的大脑,它是跑指令的那一块。而指令可以简单到不能再简单,也可以复杂得吓人。

简单的机器人守着一句话就够了:传感器碰到墙,就左转。高级一点的会调用摄像头、地图和一整套程序,算出穿过房间最安全的那条路。控制器可能是一块微型计算机、一张电路板,也可能是一颗很猛的处理器。它接住传感器送来的信息,然后决定下一步。

感知,决策,行动。这个圈一遍遍转下去,是整个机器人技术里最重要的概念之一。

第三部分:执行器帮助机器人移动

执行器是真正让机器人动起来的那部分。电机是最常见的一种,能转轮子、抬手臂、带齿轮、开夹爪、拧关节。

工厂里的机械臂往往每个关节配一台电机;机械手靠微型电机或者钢索拉动手指;无人机靠电机转螺旋桨把自己顶在空中。没有执行器,机器人能看能想,但一步也迈不出去。

机器人必须看起来像人吗?

不必。这大概是关于机器人最大的一个误会。它不需要脸,不需要胳膊腿,也不需要眼睛。形状完全取决于它要干的活:小圆盘吸尘器、六轮探测车、单臂机械手、无人机、潜水器、送货小车,或者流水线上那台方方正正的机器。

好的机器人设计都从同一个问题开始:这台机器人到底要做什么?形状、传感器、怎么动,全是从这个答案里长出来的。

遥控汽车是机器人吗?

一般来说不算,因为每一个动作都是人按出来的。但如果这台车能自己发现障碍、自己决定往哪拐,它就开始像机器人了。分界线就落在决策这两个字上:只执行人类直接命令的,是机器;能根据自己收集到的信息做出哪怕一点点判断的,才是机器人。

核心思想

机器人不只是会动的机器。它用传感器收集信息,用控制器处理指令,用执行器把想法变成动作。它不必长得像人,也不必会说话,它的核心永远是同一个循环:

感知,决策,行动。就是这个循环,让机器人技术这么强,也这么好玩。