机器人设计中的主要障碍是什么
我已经介绍了当今的机器人设计中所有令人惊讶的(也不太昂贵的)可用传感器。我们可以和机器人对话,它们也会回话,而且它们可以看到我们并遵从我们的指令。在构建人类大小的双足机器人的时候,电池成为了主要的问题,但是对于较小的滚轮式移动平台来说,这个问题就没那么显著了。对于使用Propeller、Arduino、Raspberry Pi、Beagle Bone或者其他类型的微处理器的构建者来说,可以使用的软件包括ROS、Python、C++、Java、Microsoft RDS、PBasic、Linux,还有很多其他的系统。那么,这里的问题是什么呢?
让我们先回顾一下早期的计算机。当CPU主板放置在和软盘驱动器相同的一个箱子中,并且软磁盘上可用的软件变得不太贵而且有用的时候,PC的流行开始爆发了。计算机的电源供应也是必须的部分,并且显示器可以放置在计算机之上,或者是包含在同一个机箱之中。后来出现的计算机,添加了硬盘,现在的计算机则可以做我们能够想象到的任何事情。我们可以打游戏、制作电子表单,并且添加一台便宜的打印机来进行文字处理,而不必使用打字机(使用打字机的时候,每个单词都不能修改,没有橡皮或者涂改液)。家庭用户和商业需求使得处理器能力数以百万计地增加,同时增加了各种类型和功能的软件,从而使得计算机迅速发展起来。
考虑一下早期的机器人。第1款个人和试验的机器人出现的时候还很小,并且逐渐增大。刚开始带有一个小轮子的箱子,就被看做是机器人。然后,模型飞机电机被改造为持续旋转的形式,供Parallax Activity Bot和其他类似的试验和教育类机器人使用。图1中后面所示的较大的商业化的家用机器人,如Hero 1和2000、RB5X、Topo,还有其他的一些很可爱但是只能做很少的一些事情的机器人,其目标在于改变世界(但不一定能够活到其变得普及的时候)。Hero系列和RB5X都拥有胳膊,并且它们并不是很高效,仅仅能够用于实验。
机器人设计的机械方面
我已经在系列文章中讨论过很多次了,机器人的机械设计似乎是设计者最大的障碍。找两个改造好的电机,并且将它们加载到一个小的塑料或金属平台上,给电机添加两个轮子,或者添加第3个小轮子;加一个Propeller、BASIC Stamp或者Arduino微控制器板子和一些AA电池,你就有了一个机器人了,这些对于一个初学者来说似乎相当容易。这是开始学习机器人的好办法。
不久之后,你个人就会想要制作更大的机器人,这可不只是随处走动并对传感器做出响应的机器人了。制作者想要在自己对机器人说话的时候,它能够做一些事情。现在,必须要用齿轮马达来代替电机,并且需要更大的电池。传感器和视觉系统也需要有专门的支架来安装。
较大的机器人对于驱动系统也需要有很安全的加载技术。添加一个或两个胳膊,并且制作者要面对需要新的金属结构的问题。对于很多人来说,裁剪或弯曲金属板材或对金属进行机械加工是有点可怕的事情。
制作者可能会选择使用ServoCity/Actobotics或类似的供应商所制造的金属管材或相关的支架来完成较大的机器人的架构。很多厂商使用这些流行的结构化组件来对原型进行数次迭代,但是最终还是希望能够使用弯曲的金属板材或者使用机械加工的金属部件来完成成品。只有少数的实验机器人制造者能够做到这一步。大多数的试验者都是裁剪金属板材,并且用支架将金属部件连接起来,或者是通过焊接来形成最终的结构部件。
这也是很多潜在的厂商所面临的设计和生产问题,并且开始影响到他们想要的功能。经费也成为一个问题,并且多次的设计评估有时候会将“绝妙”的机器人变为“很好”的机器人。