《仿人机器人原理与实战》一1.6　反射弧搜索关键词

前 言 本书以人体为讨论对象,采用一种独特而有趣的视角来学习嵌入式系统.机器人学和电子学.诚然,爬行机器人和地毯清洁机器人是非常酷的实验平台,但是它们多半是冷冰冰的.毫无生气的机器.反之,人类拥有复杂的神经反射,包括根据压力调节心跳频率和根据环境光线强度调节瞳孔大小等.如果你想迈出制造更接近人类的机器人的第一步,那么本书是你的不二选择. 首先,本书的灵感一部分来源于科幻作家所描绘的影像,一部分来源于我们开发救生用人工智能系统的经验.如果你已经看过<银翼杀手><太空堡垒卡拉狄加>&l

1.4 反射弧实验进阶 在仿人机器人的设计中,这种简单的反射弧模拟装置不仅功能齐全而且十分有用.同人类的反射一样,直至反射被触发,舵机才正常运转.不过,你可以将程序稍作改进,以便提供更多有实用价值的功能.按照如下顺序,我们将这些功能添加到模拟器的硬件和代码库中. 1.4.1 反射方向 第一个改进是以编程方式定义反射方向.如果把开关S1安装在舵机摇臂上,那么反射可以使按钮的运动方向朝向或躲避撞击物体.如果反射方向不能满足设计要求,那么你可以移动开关,或者减小位置变量的值至0.以下是需要替换的递增代

1.1 反射弧生物学基础 当内部或外界事件发生时,体会反射过程似乎是一件困难的事,因为在某些事件发生之前,有些反射是没有被激活的.我们不妨援用下面的故事来解释这一过程. 1.1.1 猴子突袭 设想身处旧金山普雷西迪奥的你正漫步在桉树林中,此时,一只75磅的硕壮的猴子突然跳到你的背上.如果你姿势不错,那么你还能保持直立,然后把它从脖子上抓下来,在它戳你眼睛.咬你耳朵之前把它扔到地上.反之,如果此时你膝部弯曲,那么你会毫无悬念地摔倒在地,而猴子又将跳到你的胸口,没准儿你会因此呼吸困难,事情不太可能完

1.5 反射弧"小魔怪" 如上所述,这里给出的是最简单的机器人电路.你也许注意到例子里并没有用中断或者复杂的算法.毫无疑问,将大量代码减少到几行是有可能的,且能够实现位翻转操作,希望你能做到.但是,对我们的目的来说,用简单的整数运算就能达到目的了.然而在实践中,即使简单的机器人也会被贴上"多学科综合"和"问题重生"的标签.因此,机器人偶尔也会有小故障.假设一个舵机在不规律地运行,有时会产生流畅的反射,有时只是跳动几秒钟.代码可能是完美的,布线也是

1.3 反射弧实验入门 现在到了你卷起衣袖运用理论的时间了,我们从一个简单的反射弧模拟器开始.该模拟器可以模仿之前详述的简单反射,但是两者之间有一些区别:在脊髓中的突触被隐藏了,而纺锤体纤维中的牵引传感器首先由瞬时接触开关代替,再由力传感器代替.事实上,你们会发现将模拟装置简单化的设计方法可以应用在任何一个仿人机器人的设计上. 1.3.1 器材清单 为了构建在本章的第一部分提到的一系列简单反射弧,我们需要以下器材: 模拟量舵机(2个) 瞬时接触开关(2个) 10kΩ电位器(2个) Arduino

3.5 附加项目:电加热板的PID控制 好了,我们假定你对混合水和电不感兴趣.不过你仍然可以将之前的理论和代码应用到全电加热系统中,而且只需要修改少量代码.如果你的目标只是为仿人机器人提供热量,而不需要将其产生的热量转移,那么最简单的方法是把清单3-3中的PID控制代码和仿人机器人皮肤下的加热元件联合起来.3.5.1 器材清单完成这个附加项目,你需要以下器材: Arduino Uno或者等效微控制器 5Vdc的聚酰亚胺薄膜加热板 给加热板供电的9-12Vdc电源 电机驱动扩展板或者额定电流2A的

1.2 反射弧与仿人机器人设计 鉴于人类反射机制的各种优势,显然仿人机器人可以从类似的功能中获益.例如,将传感器和末端执行器的处理从主控制器转移到外设微处理器中,不仅为更复杂的工作腾出运算资源,也降低了灾难式单点故障发生的可能性.但是在设计仿人机器人时,还需要仔细考虑如何将这些优势与你的设计相匹配.在设计仿人机器人的反射功能时,主要问题是带自主反射仿人机器人与其所处环境的隔离程度.为给这个话题添加一个有实际意义的上下文,想象搜索和救援仿人机器人在一个部分坍塌的矿井中搜索失踪人员的情景.现在,我们

第3章 动 态 平 衡动态平衡即恒定内部状态的维持,是生理上需要实现的目标.更进一步,生理学使我们能够快速地从座位上站起来而不会飞出去.这与使用PID(比例–积分–微分)控制器有直接关系,PID控制器能够让机器人无人机在有风的情况下维持飞行高度.站起和飞行两者都依赖于负反馈控制系统.本章以温度控制为焦点来探索动态平衡和基本控制理论.我们选择温度为控制对象,而不是关节速度.功率或压力,这是因为温度传感器是现成的,第一手经验更加丰富,也许更重要的是,本实验将水和电有目的地混合在一起,这种机会非常宝贵

2.3 行为链实验入门 有了第1章描述的反射弧,再加上机械臂.温度和压力传感器以及一点想象力,我们将探讨一个关于图2-1中所示的理论上的行为链框架的实际例子.作为一个四肢健全的仿人机器人的组成部分之一,机械臂是一个很好的实验平台,因为它足够复杂以至于能够演示许多种肢体上的行为链.我们的另一个选择是应用仿真.然而,电脑仿真或许能够体现出应当发生的事情,然而在现实中移动具体的事物更具有魔力.如图2-3所示,我们通过按钮S1来启动夹持器夹紧的动作.如果夹持器上的传感器测量出被夹物体的温度过高,则夹持器