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控制技術/MCU  

站上解剖台 探索機器人內在

上網時間: 2009年11月06日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:機器人  感測器  致動器 

儘管是在當前十分嚴峻的經濟形勢中,機器人技術仍不斷地出現在各種新應用領域。在製造業方面,機器人的數量正因資金挹注而持續增加中。此外,針對醫療、服務、航空與軍事等領域的機器人市場也正在成長。同時,在清掃機器人Roomba問世後,曾經是科幻小說題材的消費性機器人時代正開始改變我們的日常居家生活。

目前的成長趨勢並非僅是一時風行。許多枯燥、骯髒和危險的工作最終將由機器人來完成,不過,技術應該如何發展才能滿足未來的需求呢?

在機器人真正能夠普及於人類生活以前,我們必須在以下幾方面取得技術的進展:

* 縮短即時系統響應的總時間(從感測器致動器),以增強機器人的性能;

* 研發先進的人工智慧,強化機器人更自主的決策能力;

* 開發小巧且輕便的感測器與致動器,實現更小型且更具能效的機器人;

* 使機器人具有能量監測與自我發電的能力,以延長自主運作的時間。

為了能夠一窺未來的發展前景,最佳的辦法就是探究機器人技術的現況。

圖說:為了能夠一窺機器人的發展前景,把機器人送上解剖台認真且仔細地審視其‘解剖結構’無疑是最佳辦法。
圖說:為了能夠一窺機器人的發展前景,把機器人送上解剖台認真且仔細地審視其‘解剖結構’無疑是最佳辦法。

透過研究機器人技術的現狀,有助於窺探或展望機器人技術的未來。那麼,還有什麼比將具有代表性的機器人送上解剖台上認真且仔細地審視其‘解剖結構’(anatomy)還要更好的辦法呢?

任何一位好醫生都知道解剖學的研究應該從器官的分類開始。因此,我們在此首先針對機器人的‘器官’進行分類。根據電子工程學的功能分類,構成機器人的組成要件可分為5大類:感測器、傳輸通訊、控制、致動器與電源。

感測器

除了作業程式以外,對於機器人的輸入絕大部份來自於其內建的感測器。就像我們擁有五官一樣,這些感測器為機器人提供有關外在世界的資訊。舉例來說,自主行走型機器人必須瞭解周遭環境以便能順利走動,而以感知環境資訊為主要目標的機器人則需把資訊反饋給遠端的操作人員(Mars Rover火星車就是一個特別著名的例子)。無論哪一種情況,感測器在機器人解剖結構中都是重要的組成部份。

業界已經為科學研究與工程社群設計出種類繁多的感測器,其中有許多感測器可透過電氣介面整合於機器人中。對於機器人應用而言,CMOS成像器、紅外線測距儀、壓力感測器與加速度計等均為相當普遍的感測器。

在目前現有的眾多感測器基礎上,機器人感測技術的未來將朝向更小、更輕、性價比更高且更易於整合的方向發展。

通訊

對於機器人而言,內部與外部通訊都是至關重要的。內部通訊直接決定了操作的即時性。猶如人類的神經系統一樣,內部通訊可將資訊從感測器饋送至處理器或機器人的控制部份。內部通訊協議的速度對於系統響應也十分重要。

而外部通訊則並不一定必須具有即時性,例如下載程式或資料檔案就不需要即時的回應。但在某些情況下,例如在控制遠端遙控型機器人的運動時,外部通訊的即時性就具有至關重要的作用,因為任何的延遲都可能導致意外。

無論是內部通訊還是外部通訊,未來都將要求機器人能夠實現‘更快速’的通訊。特別是專為其它產業開發的更高頻寬與高速協議,將受到機器人設計者的歡迎與利用。

表1:一般機器人所用的感測器類型與其功能。
表1:一般機器人所用的感測器類型與其功能。


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