本节书摘来异步社区《机器人爱好者(第3辑)》一书中的第1章,作者:美国SERVO杂志社,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看
需要更好的机器人电源
让我们讨论系统和部件上的一些提高,在我看来,这是未来的机器人所需要的。以我的经验,能源是大多数移动机器人设计最主要的限制。一开始,我们对于较大的机器人使用铅蓄电池,对于较小的机器人使用普通电池。铅蓄电池可能会泄露硫酸,并且非常重,由此进一步发展出密封铅酸电池。
在大小和电容量上,下一个可供选择的是镍镉电池,并且它们在中等大小的机器人中很流行。镍镉电池带来的问题较少,但是其容量有限,而且在充放电过程中会有“记忆效应”。后续的镍氢电池具有更大的电容量,并且没有内存效果,但是,我们还是需要更大的电容量。
最新的系列锂电池似乎是解决方案,但它们有一个很糟糕的特性就是容易着火,特别是锂聚合物电池。设计师可能在寻找一种电池并追求高容量,但是他们最终意识到,大多数电池(特别是铅蓄电池)需要有20小时的充电时间。而他们的设计在1小时内放完电之后,电池就会以非常低的电量提供电力。要考虑一下这个问题。
那么,机器人开发者在发明的过程中有哪些东西可用呢?很多机器人消耗大量的电力,并且可以在1小时之内用完电池的电量。Honda的漂亮的小Asimo,其背包式电池也只能保证他持续使用1小时。即便是在DARPA 机器人挑战赛上使用的100万美元以上的Atlas机器人,其巨大的电池持续工作时间也低于1小时。
没错,双足行走的机器人比大多数移动机器人需要消耗更多的电量,主要因为在其各种关节中都有很多电机,但是所有的移动机器人都面临电量缺乏的问题。在室内的平台的地板上移动的机器人,可能并不需要在户外草地或不平坦的地面上移动的机器人所需的那么多电量,但是底线是:所有的机器人对电量的消耗,就像是在参加一场吃饼大赛。对于今天的机器人来说,我们需要显著提高的电池技术。
和外部世界的接触
机器人通过传感器,可以以和人类类似的方式看到其周围的环境。我们拥有眼睛、耳朵和触觉系统,耳朵中的半规管充当陀螺仪,神经末梢具有位置反馈系统,加上我们还有味觉系统。尽管我们只是在电影中看到过这些,但是,我们的组织的感官还是很优越的,而且数百万年来一直在起作用。
在电影《终结者》中,我们看到了传说中的人类机器人所能看到的世界,在他的视觉里也是一行一行的文字。这个机器人可以进入其广阔的数据库中,并且当看到一辆车有10个变速器和一个250 HP的引擎的时候,它在5秒钟内就可以判断出这是一辆18轮大卡车并下载其驾驶教程。我们人类的“数据库”,就是我们接受过教育的大脑。
我们的眼睛比人类制造的任何视觉传感器都要高级,并且它连接到我们的大脑,形成了一个令人惊讶的传感系统。这同样也适用于我们的耳朵。我们不需要任何特殊的硬件或软件,就可以在一个单独的处理器中比较一系列样式的视觉图像。这个“处理器”刚好就是我们的大脑的不同部分。
实际上,即便我们最高级的产品,例如最近5个参加过DRC机器人挑战赛中的Atlas(它们可以驾驶着北极星AVT汽车,在石子路上行驶一段距离,而这整个过程都是由机器人Atlas来控制的),它们拥有高级的视觉系统,但是,它们对周围的环境只能够判断这么多。别理解错了我的意思。我对于这些DRC参加者所完成的事情感到吃惊,而这一比赛真的让机器人专家甚至是普通公众大开眼界。但今天的机器人确实还有很多的局限需要去突破。