书城科普读物探究式科普丛书-智能的机器:机器人
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第5章 种类繁杂——机器人的分类(3)

3.高大威猛-清洁机器人

“清洗巨人”——清洁机器人是用来清洗飞机的。它的机械臂向上可伸33米高,向外可伸27米远。它可以清洗任何类型的飞机,有时它甚至可以越过一架停着的飞机去清洗另一架飞机。

尽管世界各航空公司的竞争非常激烈,它们不断装备最新的客运飞机,但飞机的清洗工作仍然是老样子,还是由人拿着长把刷子,千方百计地擦去飞机上的尘土和污物,这是一项费时又费力的工作。

为了在竞争中立于不败之地,德国汉莎航空公司委托普茨迈斯特公司等经过近5年的开发,研制成了“清洗巨人”。目前清洗巨人已在德国法兰克福机场上岗工作。

“清洗巨人”利用两套计算机和一个机器人控制器来控制飞机的清洗。利用微机对航空公司的整个机队的飞机外形进行编程,清洗时先将飞机的机型数据输入计算机。工作时,两台机器人位于飞机的两侧,在机翼与飞机头部(或尾部)的中间,利用装在旋转结构上的专用激光摄像机确定精确的工作位置。传感器得到飞机的三维轮廓,并将此信息送往计算机进行处理,计算机将机器人当前的位置与所存储的飞机的数据模型进行比较,并由当前的位置计算出机器人的坐标。

机器人概略定位后,利用液压马达将支撑脚放出,使机器人站稳脚跟。然后进行精确定位。经操作人员同意,机器人开始清洗。

使用“清洗巨人”不仅减轻了工人的劳动强度,而且大大提高了工作效率。例如,人工清洗一架波音747飞机需要95个工时,飞机在地面须停留9个小时,而机器人清洗仅需12个工时,飞机在地面仅需停留3小时。这样,就大大缩短了飞机的地面停留时间,增加了飞行时间,提高了经济效益。

4.一机多能——家政服务机器人

家政服务机器人是指能够代替人完成家政服务工作的机器人,它包括行进装置、感知装置、接收装置、发送装置、控制装置、执行装置、存储装置、交互装置等。

所说的感知装置将在家庭居住环境内感知到的信息传送给控制装置,控制装置指令执行装置做出响应,并进行防盗监测、安全检查、清洁卫生、物品搬运、家电控制,以及家庭娱乐、病况监视、儿童教育、报时催醒、家用统计等工作。

一种家政服务机器人,其特征包括:

用于移动的行进装置由2个直流伺服电机、2个减速箱、2个驱动轮、2个导向轮、1个直流伺服电机驱动电路构成。

感知装置在家庭居住环境内感知到一项或多项如下信息:拍摄到周围的人脸、识别出说话的声音、检测到周围的障碍、测量出到指定位置的距离、检测出室内的温度、检测出火灾、检测出易燃气体、检测出时间、检测出是否碰撞到其他物品、检测出人体体温、辨识出方向。

执行装置完成一项或多项如下工作:防盗监测、安全检查、物品搬运、家电控制、清洁卫生、家庭娱乐、病况监视、儿童教育、报时催醒、开支管理。

发送装置通过无线遥控器、手机短信模块、互联网或无线网卡发出指令到执行装置,以及发送防盗监测、安全检查、病况监视信息并通知在外的家人。

接收装置的接收通过无线遥控器、手机短信模块、互联网或无线网卡发出的信号,并送给控制装置。

控制装置对接收到的信号和所述感知装置感知到的信息进行综合分析处理,发出指令控制所述执行装置完成相应的工作。

交互装置通过触模屏、液晶显示器、小键盘来与用户相互交流,并且显示所述家政服务机器人的工作状态。

存储装置存储所述感知装置感知的信息以及所述其他装置产生的相关数据的硬盘存储器。

家庭帮手——吸尘机器人

吸尘机器人又称自动吸尘器或智能吸尘器,它是目前家用电器领域最具挑战性的热门研发课题,但是难度极大。

作为一种令人满意的智能吸尘机器人,它应当具有能自动并彻底清洁家庭或办公室中它能走得到的地面的功能——不需要人弯着腰操作;不需要人拖着电线移来移去;不需要人将它拆开后把累积在内部的垃圾倾倒出来;不需要人在旁边忍受它的噪音,需要的只是人们一次性设定它的工作方式:一次性工作还是每天工作一次、还是隔天工作、还是三天或隔几天工作一次,每次工作在什么时刻,其余人们便不用管它(当然人们也可把它当作普通吸尘器使用-插上导管清洁如床或茶几底下等它走不进的地方)。

另外它还要能自动充电、自动把内部垃圾传送到一个大容量垃圾箱中去。同时它还很安全:不会有触电危险、不会撞坏东西、不会被撞坏、不会跌落至楼梯下,也不会走得太远而消失得无影无踪。

更重要的是作为一种家用电器而非奢侈品,它的价格不会太贵,普通家庭完全能买得起。

事实上,虽然有一些公司推出了一些样品或产品,但却不能达到上述满意程度:清洁效果不佳,功能没有完全达到,价格更是难以让人接受。因此那些只能算是早期产品或称为第一代产品。

5.安全卫士——保安机器人

保安机器人是用于维护社会治安、保卫国家财产和人民生命财产安全的机器人。

国外研制的保安机器人主要有两种类型:美国国防部研制的“机动探测评估反应系统”机器人和爆炸物处理机器人。

其中MDARS机器人是一种半自主轮式机器人,可分为室内型和室外型两种,主要用于执行各种保安任务,包括巡逻放哨、火警和空气检测、威胁评估、情况判定、探测与阻止入侵者等。室内型主要应用于仓库和办公大楼等场合,而室外型则用于机场、仓库等主要地区。

爆炸物处理机器人可用于探测并排除犯罪分子安放在机场、仓库等公共场所的炸弹和其他危险品,也可用于人质的解救工作。

6.风光无限——导游机器人

在1995年伦敦举行的欧洲有线通讯博览会上,一个机器人明星出尽了风头。这个圆头圆脑的家伙不停地走来走去,边向人们问候,边给参观者分发礼物。这个机器人只有半米高,靠四个轮子运动。它圆圆的大脑袋上有两个茶杯口大小的眼睛,闪闪地发着蓝光。眼睛里装的是小型雷达,用来探测周围的行人和物体。它可以自动躲避障碍物,从一个展台走到另一个展台。

这种导游机器人装备有先进的计算机语音处理系统,它能听懂人讲英语,并根据计算机存储的信息做出相应的回答。机器人体内的计算机还可以根据雷达探测到的数据,选择自己的行走路线。这种机器人可以用于商店导购、宾馆服务及为盲人导向等许多方面的服务工作。

我国的科技人员也对这类的服务机器人进行了研究。比如:海尔-哈尔滨工业大学机器人技术公司推出的智能导游机器人,上海大学研制的商场导购机器人等。

DY-I型导游服务机器人是海尔-哈工大机器人技术公司推出的第一代智能导游机器人,该机器人由伺服驱动系统、多传感器信息避障及路径规划系统、语音识别及语音合成系统组成。

该导游机器人由蓄电池供电,可连续运行4小时,在一定的环境下可自主行走,并且能识别出障碍物是人还是路障,发出不同的反应,遇到人时机器人会说:“您好!欢迎您来到机器人世界。”

游客通过语音识别系统可以和机器人进行简单的对话。该种机器人可应用在科技馆、商店和旅游场所进行导游服务。第一代导游机器人已在中国科技馆上班一年多了,该公司研制的第二代导游机器人增加了多媒体功能,具有自动查询和场景解说等本领。

7.火海“勇士”——消防机器人

近年来,我国石化等基础工业有了飞速的发展,在生产过程中,易燃易爆和剧毒化学制品急剧增长,由于设备和管理方面的原因,导致化学危险品和放射性物质泄漏、燃烧爆炸的事故增多。

消防机器人作为特种消防设备可代替消防队员接近火场实施有效的灭火救援、化学检验和火场侦察。它的应用对减少国家财产损失和灭火救援人员的伤亡将产生重要的作用。

(1)遥控消防机器人

1986年第一次使用了这种机器人。当消防人员难以接近火灾现场灭火时或有爆炸危险时,便可使用这种机器人。这种机器人装有履带,最大行驶速度可达10千米/小时,每分钟能喷出5吨水或3吨泡沫。

(2)喷射灭火机器人

这种机器人于1989年研制成功,属于遥控消防机器人的一种,用于在狭窄的通道和地下区域进行灭火。机器人高45厘米,宽74厘米,长120厘米。

它由喷气式发动机或普通发动机驱动行驶。当机器人到达火灾现场时,为了扑灭火焰,喷嘴将水流转变成高压水雾喷向火焰。

(3)消防侦察机器人

消防侦察机器人诞生于1991年,用于收集火灾现场周围的各种信息,并在有浓烟或有毒气体的情况下,支援消防人员。机器人有4条履带,1只操作臂和9种采集数据用的采集装置,包括摄像机、热分布指示器和气体浓度测量仪。

(4)攀登营救机器人

攀登营救机器人于1993年首次使用。当高层建筑物的上层突然发生火灾时,机器人能够攀登建筑物的外墙壁去调查火情,并进行营救和灭火工作。该机器人能沿着从建筑物顶部放下来的钢丝绳自己用绞车向上提升,然后它可以利用负压吸盘在建筑物上自由移动。这种机器人可以爬上70米高的建筑物。

(5)救护机器人

救护机器人于1994年第一次投入使用。这种机器人能够将受伤人员转移到安全地带。机器人长4米,宽1.74米,高1.89米,重3860千克。它装有橡胶履带,最高速度为4千米/小时。它不仅有信息收集装置,如电视摄像机、易燃气体检测仪、超声波探测器等;还有2只机械手,最大抓力为90千克。机械手可将受伤人员举起送到救护平台上,在那里可以为他们提供新鲜空气。

8.助人脱困-救援机器人

救援机器人就是为救援而采取先进科学技术研制的机器人,如地震救援机器人,它是一种专门用于大地震后在地下商场的废墟中寻找幸存者执行救援任务的机器人。这种机器人配备了彩色摄像机、热成像仪和通信系统。

日本一些科学家研制出一种可以在废墟中爬行的小型机器人,它们可以承担营救被困在地震废墟中的幸存者的重任。

这种机器人可以通过有节奏的收缩运动沿着地面爬行。由于这种机器人的宽度仅有几厘米,遥控人员可以利用磁场原理推动机器人在细小的墙壁裂缝中穿行,它的身上除了安装有照明灯泡和摄像机之外,还配备有一系列用来测量辐射程度或氧气含量等指标的传感器。这些指标可以显示某个区域是否安全,以便救援人员对被困者实施营救。

这种机器人由若干个装有铁磁微粒、水以及润滑剂的橡胶囊组成,爬行时所受阻力很小。每两个橡胶囊之间由一副橡胶棒连接,通过磁场的作用推动机器人前行。

第三节水中健将——水下机器人

海洋占地球表面积的71%,它拥有14亿立方千米的体积。在海洋里蕴藏着极其丰富的生物资源及矿产资源。海洋还是一个无比巨大的能源库,全世界海洋中储存着2800亿吨石油,近140亿立方米的天然气。

因此,洋底的探测和太空探测同样具有极强的吸引力、挑战性。

但是海底世界不仅压力非常大,而且伸手不见五指,环境非常恶劣。

不论是沉船打捞、海上救生、光缆铺设,还是资源勘探和开采,一般的设备很难完成。

于是人们将目光集中到了机器人身上,希望通过机器人来解开大海之谜,为人类开拓更广阔的生存空间。因此,各式各样的水下机器人就应运而生了。

无人遥控潜水器,也称水下机器人。它的工作方式是:由水面母船上的工作人员,通过连接潜水器的脐带提供动力,操纵或控制潜水器,通过水下电视、声呐等专用设备进行观察,还能通过机械手,进行水下作业。

目前,无人遥控潜水器主要包括有缆遥控潜水器和无缆遥控潜水器两种,其中有缆遥控潜水器又分为水中自航式、拖航式和能在海底结构物上爬行式三种。

近10年来,无人遥控潜水器得到了快速的发展。从1953年第一艘无人遥控潜水器问世,到1974年的20年里,全世界共研制了20艘。l974年以后,由于海洋油气业的迅速发展,无人遥控潜水器也得到了飞速的发展。

1.深水“蹦极”——无人有缆潜水器

无人有缆潜水器的研制开始于20世纪70年代,80年代进入了较快的发展时期。

1987年,日本的科研人员成功研制了深海无人遥控潜水器“海鲀3K”号,可下潜3300米。研制“海鲀3K”号的目的是为了在载人潜水之前对预定潜水点进行调查而设计的,供专门从事深海研究的,同时也可利用“海鲀3K”号进行海底救护。

“海鲀3K”号属于有缆式潜水器,在设计上有前后、上下、左右三个方向各配置两套动力装置,基本能满足深海采集样品的需要。

1988年,为了配合“深海6500”号载人潜水器进行深海调查作业的需要,科研人员建造了万米级无人遥控潜水器。这种潜水器由工作母船进行控制操作,可以较长时间进行深海调查。这种潜水器在20世纪90年代初建成。