|
為我們深入淺出的介紹無線機(jī)器人的所有內(nèi)幕：它們的構(gòu)成、它們的缺點、以及它們是如何在一個專業(yè)環(huán)境下的競爭/合作集體中相互作用。我們還了解聰明的機(jī)器人如何讓我們從乏味無聊的或者是危險的任務(wù)中解放出來。 無線機(jī)器人能讓我們更輕松、舒適，更安全。雖然現(xiàn)階段的無線機(jī)器人還處在實驗室階段，但是機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步讓它正在越來越接近我們的生活。這篇文章我給大家說明無線機(jī)器人是什么以及它是如何進(jìn)化的。首先，我要介紹機(jī)器人的組成部分。然后，我再介紹機(jī)器人如何在辦公、工業(yè)以及軍事環(huán)境下獨立或者協(xié)同工作。最后，我列舉了一些它們的缺點和一些應(yīng)對的方法。 機(jī)器人構(gòu)成概要 機(jī)器人的身體構(gòu)造不盡相同，從小體積的小車機(jī)器人到大個的人形機(jī)器人。機(jī)械手臂即可以輕輕的抓起一個雞蛋，也可以代替人類在流水線上進(jìn)行枯燥乏味的重復(fù)性工作。機(jī)器人還能代替人類執(zhí)行一些危險的任務(wù)，比如深海機(jī)器人可以從隨時可能因為輕微擾動而崩塌的暗礁中取出失落的物品。 不管有沒有類似于“臉”的部分，機(jī)器人都裝備有一些機(jī)械設(shè)備或者傳感器（基本的視覺和圖案識別）。還有一些運動學(xué)的程序和類似于真實世界聲音的發(fā)聲器。很多機(jī)器人都有無線通信裝置，使之能夠在人的操控下與外界環(huán)境交互。 無論任何形式的機(jī)器人都肯定有一個“大腦”。這個大腦就是指微控制系統(tǒng)（MCU），就像你的臺式電腦或者筆記本電腦里的CPU一樣。但是它沒有CPU那么消耗電和內(nèi)存。它們通常只用來執(zhí)行特定的任務(wù)，比如人臉識別或者指紋識別的處理芯片。 機(jī)器人與它的環(huán)境 一個機(jī)器人能夠在什么程度與環(huán)境交互，在于它在執(zhí)行指定任務(wù)前時環(huán)境了解多少。在David Bruemer和Ron Rujam的《基于行為的機(jī)械人：機(jī)械人的學(xué)習(xí)》（參考資源）一個機(jī)器人要想在遙遠(yuǎn)的行星上采集巖石樣本，首先要“花足夠的時間確定穿越行星表面的策略”。這意味著機(jī)器人必須在沒有人為干預(yù)的情況下，調(diào)整自身的行為去適應(yīng)未知的環(huán)境條件。 另一方面，在戰(zhàn)場上的軍用機(jī)器人就沒有那么多閑情逸致去適應(yīng)環(huán)境，這個時候遠(yuǎn)程遙控的人的反應(yīng)能力就是制勝的關(guān)鍵了。機(jī)器人要學(xué)習(xí)如何執(zhí)行不同的任務(wù)，那就在戰(zhàn)場之外的軍事訓(xùn)練場所慢慢進(jìn)行。 不是所有的機(jī)器人都能完全自動。有些機(jī)器人無法適應(yīng)未知的或者不常見的環(huán)境條件。這些機(jī)器人需要依靠能夠引入人工協(xié)助和引導(dǎo)的可調(diào)節(jié)自治技術(shù)（見資源部分《袋鼠機(jī)器人的可調(diào)節(jié)自治技術(shù)》）。 3C：合作、競爭和控制 無線機(jī)器人還可以在多樣、多角度的控制下進(jìn)行合作（袋鼠機(jī)器人系統(tǒng)）或者競爭（如腿形足球機(jī)器人）。 袋鼠機(jī)器人系統(tǒng) 袋鼠機(jī)器人就像袋鼠的家族一樣，一個大的母袋鼠裝著幾個小的袋鼠�！澳复蟆庇幸粋�供“小袋鼠”停靠和出發(fā)的“泊車位”。當(dāng)母袋鼠的視覺系統(tǒng)受損時，小袋鼠可以通過無線通信和可調(diào)節(jié)自治功能為母袋鼠提供信息。袋鼠機(jī)器人系統(tǒng)可以在搜索營救和處理危險原料任務(wù)上大顯神通。 在工業(yè)應(yīng)用中，一個母袋鼠有可能扮演經(jīng)理的角色，而很多的小袋鼠則類似于各個部門的公司職員。每天上班的時候經(jīng)理會來到現(xiàn)場巡視一遍職員然后指派給它們什么時候、怎么樣完成任務(wù)，幫助它們的人類同事完成重復(fù)性工作。完成后要回到經(jīng)理那里繼續(xù)接受任務(wù)工作或者休息。 不過現(xiàn)在這個系統(tǒng)還在研發(fā)階段，最終很可能運用無線技術(shù)。 足球機(jī)器人 袋鼠機(jī)器人的特點是它們是完全合作的關(guān)系，沒有任何的競爭因素。機(jī)器人世界杯正是一個“多智能體協(xié)作和高動態(tài)環(huán)境下的控制”的例子（見資源 “RoboCup 2001”），這意味著競賽的不僅僅是協(xié)作，還有控制。 機(jī)器人世界杯是一年一度的綠茵場上的比賽。比賽的有趣之處在于每個機(jī)器人（兩種視覺方式：全局視覺或者本機(jī)上的單一視覺）都有可調(diào)自治技術(shù)。那些帶有全局視覺的機(jī)器人安裝有一個高架在頭頂?shù)南竺弊右粯拥臄z像機(jī)，通過無線網(wǎng)與場外的PC通訊讓“場外的人通過視頻圖像確認(rèn)和跟蹤機(jī)器人的路線”。而單一視覺的機(jī)器人則預(yù)先處理信息后才向PC發(fā)送。 讓機(jī)器人更聰明 Bruemer和Rujam將機(jī)器人的學(xué)習(xí)分成四個部分：智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、進(jìn)化學(xué)習(xí)和模仿式學(xué)習(xí)。第一種是一種監(jiān)管式的方法，第二、三種是非監(jiān)管式的，而第四種是應(yīng)用了仿生學(xué)發(fā)展模式的方法。 以上三種方式的有一個問題，那就是它們都是任務(wù)導(dǎo)向的。我覺得應(yīng)該加入動作導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式：一個辦公室的機(jī)器人助理要學(xué)習(xí)新的動作，則必須事先植入知識庫芯片或者能訪問高級專家系統(tǒng)。 你還可以按照機(jī)器人能否進(jìn)行推理和決策來分類。這個可以通過在人工智能、機(jī)器人、專家系統(tǒng)中增加模糊智能技術(shù)來實現(xiàn)基本的思考能力。這種技術(shù)已經(jīng)在起步階段了。 掙脫網(wǎng)線的束縛——無線商務(wù) 當(dāng)你的辦公室中不止一個機(jī)器人的時候，機(jī)器人們必須相互協(xié)作。這取決于他們的結(jié)構(gòu)和預(yù)先設(shè)計的學(xué)習(xí)行為的高級程度。機(jī)器人助理們都裝備有無線技術(shù)，它們能夠幫助室內(nèi)移動用戶和商務(wù)旅行者從繁瑣的重復(fù)性任務(wù)中解脫出來。 下面是使用無線技術(shù)來與機(jī)器人助理（能夠說話、行走、尋找文件等等）通信的兩種情況： * 室內(nèi)移動用戶：使用IBM的安裝在PC上的高速率無線局域網(wǎng)卡，讓你用你的ThinkPad筆記本電腦給機(jī)器人助理發(fā)送指令（無線范圍100 米，http://www.wi-fi.org/）。這個卡和IBM高速率無線局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)配套使用，每個卡可以同時連接4個用戶，包括機(jī)器人助理在內(nèi)。 * 移動商務(wù)用戶：使用諾基亞的移動通信和IBM的e-business產(chǎn)品及服務(wù)，商務(wù)旅行者可通過任意符合Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)卡來進(jìn)行機(jī)場、酒店等公共場所的無線互聯(lián)網(wǎng)接入，或者進(jìn)入合作企業(yè)的內(nèi)部無線局域網(wǎng)（見資源“使用基于ADA的機(jī)器人進(jìn)行計算機(jī)教學(xué)”）。Wi-Fi網(wǎng)卡使用的是IEEE 802.11b標(biāo)準(zhǔn)。 當(dāng)前大部分機(jī)器人都使用人工智能軟件，不過一個新的趨勢是使用開源的可以在不同的項目中使用工業(yè)機(jī)器人控制軟件。例如，RoboML（Robotic Markup Language，機(jī)器人標(biāo)記語言）“是用來協(xié)助人機(jī)交互、機(jī)器人的主程序與界面程序交互的”（Addison）。不過RoboML的傳輸協(xié)議 SOAP（Simple Object Access Protocol，簡單對象訪問協(xié)議），不一定到處都能運行。 我們可以看到一種新興的學(xué)習(xí)型機(jī)器人能夠通過它所接收到的信息來改變自己的行為——學(xué)習(xí)新的技能和動——這樣一個工業(yè)機(jī)器人不但可以執(zhí)行焊接汽車的任務(wù)，同樣也可以執(zhí)行辦公室任務(wù)。Bruemer和Rujam說：“設(shè)計者必須為每一個任務(wù)精密設(shè)計——要學(xué)習(xí)什么、什么時候?qū)W習(xí)、怎樣執(zhí)行計算、預(yù)先準(zhǔn)備什么知識等”。 機(jī)器人的問題 當(dāng)你驚嘆與辦公室機(jī)器人的神奇的時候，要注意它們會帶來的一些問題。不過別擔(dān)心，我們給你提供了一些解決方法： * 問題1：震顫。機(jī)器人的震顫是由于馬達(dá)轉(zhuǎn)速過快引起的，這會讓機(jī)器人偏離原定的位置而無法完成任務(wù)。解決方法：測試并解決機(jī)器人機(jī)械部分的穩(wěn)定性和可靠性問題。 * 問題2：過載。當(dāng)機(jī)器人的輸出與任務(wù)要求的負(fù)載不匹配時很容易過載。解決方法：在設(shè)計階段考慮負(fù)載匹配問題。 * 問題3：軟件崩潰。使用C或者C++編寫程序可能會有數(shù)組或者指針問題。解決方法：試試看使用ADA（一個軟件），它能夠幫你運用軟件工程和部署概念來管理你的項目（詳細(xì)見資源《在計算機(jī)教學(xué)中使用ADA系統(tǒng)機(jī)器人》）。 * 問題4：安全。黑客會利用機(jī)器人軟件的漏洞把你的機(jī)器人變成武器或者直接廢了它。解決方法：堵上這些漏洞。 * 問題5：用戶期望值。用戶有時候會認(rèn)為機(jī)器人應(yīng)該能做決策。解決方法：告訴用戶機(jī)器人能做什么（學(xué)習(xí)任務(wù)和動作）和不能做什么（思考和決策）。 * 問題6：病毒。PC有可能通過無線網(wǎng)絡(luò)將病毒傳染給機(jī)器人。解決方法：為程序員和用戶都提供殺毒軟件并且進(jìn)行安全教育。 * 問題7：維度。使用鼠標(biāo)的技術(shù)，只能給處于立體環(huán)境中的機(jī)器人一個平面的定位功能。解決方法：在項目過程中使用軟件來實現(xiàn)對機(jī)器人的決立體視圖實時監(jiān)控或者預(yù)覽。 * 問題8：電池續(xù)航能力。電池電力的下降會讓機(jī)械手臂和手臂上的手指突然停下或者松開。這樣會讓機(jī)械手臂有可能抓著雞蛋的時候突然掉到地上。解決方法：應(yīng)用電源管理軟件在低電情況下發(fā)出報警；重新設(shè)計機(jī)器人延長電池壽命；換用更好的電池。 * 問題9：模數(shù)轉(zhuǎn)換。在與無線機(jī)器人進(jìn)行通信的時候，人或者外界物體的信息可能因為模數(shù)轉(zhuǎn)換而受到影響。比如，“HEAR”一詞的發(fā)音可能會被識別成 “HELD”。解決方法：使用更高的模數(shù)轉(zhuǎn)換頻率，讓轉(zhuǎn)換精度不會對應(yīng)用產(chǎn)生影響。 * 問題10：無線帶寬。帶寬不足會讓傳感器或者攝像機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生輸出抖動。解決方法：優(yōu)化程序、節(jié)省帶寬。 為無線機(jī)器人時代做好準(zhǔn)備 本文是從綜合的角度初步探討了無線機(jī)器人，下一部分就是更高級的機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)化。隨著無線機(jī)器人技術(shù)的日益成熟，安全問題也日益突出。無線網(wǎng)絡(luò)也日趨復(fù)雜。我們需要風(fēng)險評估和安全監(jiān)視管理軟件來減小風(fēng)險和填補安全漏洞。這樣工人們才能真正從無線機(jī)器人技術(shù)中獲益。 資源 * 《機(jī)器人技術(shù)簡介》(developerWorks, 2001年9月) Darrick Addison。有關(guān)表面機(jī)構(gòu)設(shè)計、感知系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和機(jī)器人軟件。 * 《基于行為的機(jī)器人》David Bruemer, Ron Rujam。有關(guān)移動機(jī)器人的智能行為（看本文“機(jī)器人的學(xué)習(xí)”段落） * 《可調(diào)自治袋鼠機(jī)器人》Anron Gage, Robin Murphy, Brian Minten。有關(guān)需要人工協(xié)助的非完全自治機(jī)器人技術(shù)。 * 首屆“全美機(jī)器人足球公開賽”于2003年4月30日到5月4日在卡內(nèi)基梅隆大學(xué)舉行，分有雙足和四足類別。 請訪問卡內(nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人協(xié)會了解有關(guān)“2001機(jī)器人世界杯”的內(nèi)容。 * Wi-Fi 聯(lián)盟 是一個非營利性的國際組織，他們致力于規(guī)范無線局域網(wǎng)產(chǎn)品的通信協(xié)議。他們的協(xié)議基于IEEE 802.11規(guī)格。 * 訪問IBM，下載Easy Wireless Essentials * 《使用基于ADA機(jī)器人進(jìn)行計算機(jī)教學(xué)》——為什么使用ADA，而不是其他高級語言。 * 《諾基亞與IBM合力推廣公用無線網(wǎng)》（“Nokia and IBM Join Forces to Expedite Public Wireless LAN Roll Outs”），報道了諾基亞與IBM合作提供無線商務(wù)應(yīng)用的情況。 * 《無線數(shù)據(jù)虛擬化》(developerWorks, 2003年5月)，Judith Myerson。定義了四種虛擬化類型，并描述了它們的發(fā)展，解釋如何建立虛擬堆棧。 關(guān)于作者 Judith M. Myerson是一個系統(tǒng)架構(gòu)工程師，同時也是一個自由記者。她涉獵的領(lǐng)域很廣，包括中間件技術(shù)、企業(yè)級系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、應(yīng)用程序開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)管理、分布式系統(tǒng)、無線技術(shù)、機(jī)器人、組件化技術(shù)、計算機(jī)安全技術(shù)、加密技術(shù)和項目管理。她還是《Enterprise Systems Integration Handbook》（企業(yè)系統(tǒng)綜合手冊）（第二版）一書的編輯。 她的電子郵箱：jmyerson@bellatlantic.net. 英文原文 -- Evolving the wireless robot 作者：Judith M. Myerson ( jmyerson@bellatlantic.net )，系統(tǒng)架構(gòu)工程師，2003年7月8日 翻譯：韋文潮 2008年1月 譯者注：這是一篇很概要的摘錄機(jī)器人領(lǐng)域各方面技術(shù)的介紹性文章。應(yīng)該說專業(yè)性很強(qiáng)，而我恰恰沒有了解到足夠完整的翻譯出這篇文章的知識。因此譯得暈頭轉(zhuǎn)向的，死了N多腦細(xì)胞。而其中不少地方我本身還不太明白確切的意思，只好含糊的蓋過去了，大家湊活著能看個大概，見笑了。望高手們不吝賜教。 |
