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為我們深入淺出的介紹無線機器人的所有內幕：它們的構成、它們的缺點、以及它們是如何在一個專業環境下的競爭/合作集體中相互作用。我們還了解聰明的機器人如何讓我們從乏味無聊的或者是危險的任務中解放出來。 無線機器人能讓我們更輕松、舒適，更安全。雖然現階段的無線機器人還處在實驗室階段，但是機器人技術的進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器人是什么以及它是如何進化的。首先，我要介紹機器人的組成部分。然后，我再介紹機器人如何在辦公、工業以及軍事環境下獨立或者協同工作。最后，我列舉了一些它們的缺點和一些應對的方法。 機器人構成概要 機器人的身體構造不盡相同，從小體積的小車機器人到大個的人形機器人。機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行枯燥乏味的重復性工作。機器人還能代替人類執行一些危險的任務，比如深海機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，機器人都裝備有一些機械設備或者傳感器（基本的視覺和圖案識別）。還有一些運動學的程序和類似于真實世界聲音的發聲器。很多機器人都有無線通信裝置，使之能夠在人的操控下與外界環境交互。 無論任何形式的機器人都肯定有一個“大腦”。這個大腦就是指微控制系統（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那么消耗電和內存。它們通常只用來執行特定的任務，比如人臉識別或者指紋識別的處理芯片。 機器人與它的環境 一個機器人能夠在什么程度與環境交互，在于它在執行指定任務前時環境了解多少。在David Bruemer和Ron Rujam的《基于行為的機械人：機械人的學習》（參考資源）一個機器人要想在遙遠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”。這意味著機器人必須在沒有人為干預的情況下，調整自身的行為去適應未知的環境條件。 另一方面，在戰場上的軍用機器人就沒有那么多閑情逸致去適應環境，這個時候遠程遙控的人的反應能力就是制勝的關鍵了。機器人要學習如何執行不同的任務，那就在戰場之外的軍事訓練場所慢慢進行。 不是所有的機器人都能完全自動。有些機器人無法適應未知的或者不常見的環境條件。這些機器人需要依靠能夠引入人工協助和引導的可調節自治技術（見資源部分《袋鼠機器人的可調節自治技術》）。 3C：合作、競爭和控制 無線機器人還可以在多樣、多角度的控制下進行合作（袋鼠機器人系統）或者競爭（如腿形足球機器人）。 袋鼠機器人系統 袋鼠機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。“母袋鼠”有一個供“小袋鼠”停靠和出發的“泊車位”。當母袋鼠的視覺系統受損時，小袋鼠可以通過無線通信和可調節自治功能為母袋鼠提供信息。袋鼠機器人系統可以在搜索營救和處理危險原料任務上大顯神通。 在工業應用中，一個母袋鼠有可能扮演經理的角色，而很多的小袋鼠則類似于各個部門的公司職員。每天上班的時候經理會來到現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，幫助它們的人類同事完成重復性工作。完成后要回到經理那里繼續接受任務工作或者休息。 不過現在這個系統還在研發階段，最終很可能運用無線技術。 足球機器人 袋鼠機器人的特點是它們是完全合作的關系，沒有任何的競爭因素。機器人世界杯正是一個“多智能體協作和高動態環境下的控制”的例子（見資源 “RoboCup 2001”），這意味著競賽的不僅僅是協作，還有控制。 機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器人（兩種視覺方式：全局視覺或者本機上的單一視覺）都有可調自治技術。那些帶有全局視覺的機器人安裝有一個高架在頭頂的象帽子一樣的攝像機，通過無線網與場外的PC通訊讓“場外的人通過視頻圖像確認和跟蹤機器人的路線”。而單一視覺的機器人則預先處理信息后才向PC發送。 讓機器人更聰明 Bruemer和Rujam將機器人的學習分成四個部分：智能神經網絡、強化學習、進化學習和模仿式學習。第一種是一種監管式的方法，第二、三種是非監管式的，而第四種是應用了仿生學發展模式的方法。 以上三種方式的有一個問題，那就是它們都是任務導向的。我覺得應該加入動作導向的學習方式：一個辦公室的機器人助理要學習新的動作，則必須事先植入知識庫芯片或者能訪問高級專家系統。 你還可以按照機器人能否進行推理和決策來分類。這個可以通過在人工智能、機器人、專家系統中增加模糊智能技術來實現基本的思考能力。這種技術已經在起步階段了。 掙脫網線的束縛——無線商務 當你的辦公室中不止一個機器人的時候，機器人們必須相互協作。這取決于他們的結構和預先設計的學習行為的高級程度。機器人助理們都裝備有無線技術，它們能夠幫助室內移動用戶和商務旅行者從繁瑣的重復性任務中解脫出來。 下面是使用無線技術來與機器人助理（能夠說話、行走、尋找文件等等）通信的兩種情況： * 室內移動用戶：使用IBM的安裝在PC上的高速率無線局域網卡，讓你用你的ThinkPad筆記本電腦給機器人助理發送指令（無線范圍100 米，http://www.wi-fi.org/）。這個卡和IBM高速率無線局域網網關配套使用，每個卡可以同時連接4個用戶，包括機器人助理在內。 * 移動商務用戶：使用諾基亞的移動通信和IBM的e-business產品及服務，商務旅行者可通過任意符合Wi-Fi標準的網卡來進行機場、酒店等公共場所的無線互聯網接入，或者進入合作企業的內部無線局域網（見資源“使用基于ADA的機器人進行計算機教學”）。Wi-Fi網卡使用的是IEEE 802.11b標準。 當前大部分機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機器人控制軟件。例如，RoboML（Robotic Markup Language，機器人標記語言）“是用來協助人機交互、機器人的主程序與界面程序交互的”（Addison）。不過RoboML的傳輸協議 SOAP（Simple Object Access Protocol，簡單對象訪問協議），不一定到處都能運行。 我們可以看到一種新興的學習型機器人能夠通過它所接收到的信息來改變自己的行為——學習新的技能和動——這樣一個工業機器人不但可以執行焊接汽車的任務，同樣也可以執行辦公室任務。Bruemer和Rujam說：“設計者必須為每一個任務精密設計——要學習什么、什么時候學習、怎樣執行計算、預先準備什么知識等”。 機器人的問題 當你驚嘆與辦公室機器人的神奇的時候，要注意它們會帶來的一些問題。不過別擔心，我們給你提供了一些解決方法： * 問題1：震顫。機器人的震顫是由于馬達轉速過快引起的，這會讓機器人偏離原定的位置而無法完成任務。解決方法：測試并解決機器人機械部分的穩定性和可靠性問題。 * 問題2：過載。當機器人的輸出與任務要求的負載不匹配時很容易過載。解決方法：在設計階段考慮負載匹配問題。 * 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（詳細見資源《在計算機教學中使用ADA系統機器人》）。 * 問題4：安全。黑客會利用機器人軟件的漏洞把你的機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。用戶有時候會認為機器人應該能做決策。解決方法：告訴用戶機器人能做什么（學習任務和動作）和不能做什么（思考和決策）。 * 問題6：病毒。PC有可能通過無線網絡將病毒傳染給機器人。解決方法：為程序員和用戶都提供殺毒軟件并且進行安全教育。 * 問題7：維度。使用鼠標的技術，只能給處于立體環境中的機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對機器人的決立體視圖實時監控或者預覽。 * 問題8：電池續航能力。電池電力的下降會讓機械手臂和手臂上的手指突然停下或者松開。這樣會讓機械手臂有可能抓著雞蛋的時候突然掉到地上。解決方法：應用電源管理軟件在低電情況下發出報警；重新設計機器人延長電池壽命；換用更好的電池。 * 問題9：模數轉換。在與無線機器人進行通信的時候，人或者外界物體的信息可能因為模數轉換而受到影響。比如，“HEAR”一詞的發音可能會被識別成 “HELD”。解決方法：使用更高的模數轉換頻率，讓轉換精度不會對應用產生影響。 * 問題10：無線帶寬。帶寬不足會讓傳感器或者攝像機的數據傳輸發生輸出抖動。解決方法：優化程序、節省帶寬。 為無線機器人時代做好準備 本文是從綜合的角度初步探討了無線機器人，下一部分就是更高級的機器人技術的進化。隨著無線機器人技術的日益成熟，安全問題也日益突出。無線網絡也日趨復雜。我們需要風險評估和安全監視管理軟件來減小風險和填補安全漏洞。這樣工人們才能真正從無線機器人技術中獲益。 資源 * 《機器人技術簡介》(developerWorks, 2001年9月) Darrick Addison。有關表面機構設計、感知系統、電氣系統和機器人軟件。 * 《基于行為的機器人》David Bruemer, Ron Rujam。有關移動機器人的智能行為（看本文“機器人的學習”段落） * 《可調自治袋鼠機器人》Anron Gage, Robin Murphy, Brian Minten。有關需要人工協助的非完全自治機器人技術。 * 首屆“全美機器人足球公開賽”于2003年4月30日到5月4日在卡內基梅隆大學舉行，分有雙足和四足類別。 請訪問卡內基梅隆大學機器人協會了解有關“2001機器人世界杯”的內容。 * Wi-Fi 聯盟 是一個非營利性的國際組織，他們致力于規范無線局域網產品的通信協議。他們的協議基于IEEE 802.11規格。 * 訪問IBM，下載Easy Wireless Essentials * 《使用基于ADA機器人進行計算機教學》——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》（“Nokia and IBM Join Forces to Expedite Public Wireless LAN Roll Outs”），報道了諾基亞與IBM合作提供無線商務應用的情況。 * 《無線數據虛擬化》(developerWorks, 2003年5月)，Judith Myerson。定義了四種虛擬化類型，并描述了它們的發展，解釋如何建立虛擬堆棧。 關于作者 Judith M. Myerson是一個系統架構工程師，同時也是一個自由記者。她涉獵的領域很廣，包括中間件技術、企業級系統、數據庫技術、應用程序開發、網絡管理、分布式系統、無線技術、機器人、組件化技術、計算機安全技術、加密技術和項目管理。她還是《Enterprise Systems Integration Handbook》（企業系統綜合手冊）（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 )，系統架構工程師，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器人領域各方面技術的介紹性文章。應該說專業性很強，而我恰恰沒有了解到足夠完整的翻譯出這篇文章的知識。因此譯得暈頭轉向的，死了N多腦細胞。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。 |
