很多人一听到“机器人”这个词，脑海中就会浮现出“酷炫”、“功能强大”、“高端”的形象，以为机器人就像科幻电影中的“终结者”一样酷炫。但实际上，机器人学包含了更多丰富的内容。本文将探讨机器人学的基本概念，并解释机器人是如何完成它们的任务的。

一、机器人的组成部分

从最基本的角度来看，人体包括五个主要组成部分：

• 身体结构：用于支撑身体。
• 肌肉系统：用于移动身体结构。
• 感官系统：用于接收关于身体和周围环境的信息。
• 能量源：用于给肌肉和感官提供能量。
• 大脑系统：用于处理感官信息和指挥肌肉运动。

机器人的组成部分与人类相似。一个典型的机器人拥有可移动的身体结构、一套类似电机的驱动装置、一套传感系统、一个电源以及一个用来控制所有这些组件的计算机“大脑”。可以说，机器人是由人类制造的“动物”，它们模仿人类和动物的行为。

仿生袋鼠机器人

机器人的定义范围广泛，从小型家用清扫机器人到服务于工厂的工业机器人都有。按照最普遍的定义，如果大多数人认为某样东西是机器人，那它就是机器人。许多机器人专家使用的定义更加精确，他们认为机器人应该具备可重新编程的“大脑”（一台计算机）来驱动身体。

机器人的基本特性

大多数机器人具有以下共同特点：

• 可移动的身体：有些机器人只有轮子，而有些则有许多可移动的部件，通常由金属或塑料制成。这些部件类似于人体骨骼，通过关节连接。
• 传动装置：机器人的轮子和轴通过某种传动装置连接。有些机器人使用电机和螺线管，有些使用液压系统，还有一些使用气动系统。
• 能量源：机器人需要能源来驱动这些传动装置。大多数机器人使用电池或插电式电源。液压机器人还需要一个泵来加压液体，而气动机器人则需要压缩机或储气罐。
• 控制系统：所有传动装置都通过电线与电路连接，电路为电机和电磁阀供电，并控制液压系统的阀门。阀门控制流体在机器人内部的流动路径。

二、机器人是如何工作的

“机器人”这个词源于捷克语的“robota”，意为“强制劳役”。大多数机器人被用来执行重复且艰苦的工作，它们承担着人类难以胜任的任务。最常见的制造类机器人是机械臂。一个典型的机械臂由七个金属部件组成，通过六个关节连接。计算机通过控制这些关节的电机来实现机器臂的移动。

机器臂的应用

机器臂通常用于受控环境中的重复工作。例如，它们可以负责拧紧罐子盖子。程序员可以通过手持控制器引导机器臂完成一系列动作，然后将其存储在机器臂的内存中。工业机器人在汽车制造和计算机制造等领域发挥了重要作用。

移动机器人

移动型机器人面临的主要挑战是如何实现有效的运动系统。一些机器人使用轮子或履带，而另一些则使用腿状结构。腿状结构的适应性更强，有助于研究自然运动学。机器人通常通过液压或气动活塞驱动腿部运动。设计者需要确保机器人的动作平稳，避免摔倒。一些机器人配备了平衡系统，如陀螺仪，以保持稳定。

自动机器人

自动机器人可以根据外界刺激自主行动。简单机器人使用碰撞传感器来改变方向。更高级的机器人使用红外或超声波传感器来检测障碍物，甚至利用视觉和声音传感器来识别物体。这些机器人可以在多种环境中工作，包括不熟悉的地形。

三、家庭自制机器人

家庭自制机器人是近年来兴起的一个领域，爱好者们利用各种工具和零件组装自己的机器人。这些机器人种类繁多，有的用于行走，有的用于家务，还有的用于竞技。例如，《战斗机器人》节目中的机器人虽然不具备可编程的计算机大脑，但它们展示了遥控机器人的魅力。

适应性和通用性

家庭自制机器人体现了计算机革命的适应性。标准化的硬件和编程语言使得制造机器人变得更加容易。虽然大多数机器人专用于特定任务，但一些新兴技术使得机器人更具适应性。例如，Evolution Robotics公司开发的机器人开发工具包提供了易于使用的软件平台，使得机器人可以更容易地执行各种任务。

四、人工智能

人工智能是机器人学中最令人兴奋也是最具争议的领域。人工智能的目标是模拟人类思维过程，包括学习、推理、语言和创造的能力。尽管目前尚未达到这种程度，但现代机器人已经在有限的人工智能领域取得了显著进展。例如，一些机器人能够通过传感器收集信息，然后根据这些信息做出决策。一些机器人还具有有限的学习能力，可以识别并记忆成功的动作。

机器人交流能力

Kismet是麻省理工学院人工智能实验室制造的一款机器人，它可以识别人类的肢体语言和语调，并做出相应反应。这种低层次的交互方式可以作为类人学习系统的基础。人工智能的核心难题在于理解自然智能的工作原理。科学家们通过实验机器人来测试他们的理论，试图解开大脑的奥秘。

总之，机器人将在未来生活中扮演重要角色。随着技术的发展，机器人将逐渐扩展到更多领域，成为我们日常生活的一部分。