太空精灵——机器人宇航员（下）

+ 刘进军　编译

星空闪烁

太空精灵——机器人宇航员（下）

+ 刘进军编译

面部与眼睛

5.超极限——视觉

“人形机器人-1”的眼睛是2只CCD摄像机。它有一套眼睛指向系统，指示双眼，近乎独立地跟踪人类和视觉对象。一双眼睛包括一个控制变焦、聚焦和光圈调整的电脑，以及鼻子处的一个小型相机。两只大相机提供周边视力，为“大脑”整合指向控制和校准。

机器人的第一视觉功能是一个立体视觉跟踪器。这个跟踪器使用了头部立体图像系统，以区别背景、前景物体。双眼由平移头部保持在其选定的对象，最亲密的前景对象为中心的移动视场。例如，它可以跟踪一个人在实验室周围散步。

每个图像通过高斯滤波器、带通滤波器，过滤或强调图像的边缘，同时理顺详细的迹象，然后利用左右立体声对图像进行匹配校准。三维图像的目标是取得有关的音响，寻找一个立体声，在有限深入的三维中心的范围内获得精确位置。如果发现超过一个目标，机器人以最近的一个为主要目标。机器人将转换最接近的前景为追踪的对象。如有必要，机器人将扩大搜索范围，直到找到一个前景对象。

聪明，是指眼明耳亮。机器人头盔上的两根天线相当于耳朵，收发信号。它分辨声音、声音来源和方向的能力超过人类。如果安装一套微波接收器，甚至能听见人类听不见的各种微波信号。

眼睛：CCD摄像机

6.超级大脑——控制系统

机器人也有行为规范。机器人的控制系统将根据主人的指令、数据、安全规则、运动学算法提供实时共同控制。

控制系统必须实现安全、可靠的控制。控制系统分为集中控制和分级控制。太空机器人遵循分级式控制，即采用多台微机分担控制。

集中控制：总的控制结构建立在主系统自治的概念上。这些自主权结合每个控制器、安全系统、低级别的信息，并测序。因此，每一个下级控制系统都包含与同级系统进行交流。当一个模式发生变化，在主系统的指令下，每一个下级控制系统自主有序的配置、更改程序。

分级控制：分级控制属于高度自治的控制方式，包括任务序列、笛卡尔控制、视觉、通信接口、共同控制和把握等等。更高一级的分自主权，可以让下级子自主权决定需要提供执行所需的任务。整个系统设计完美，每个子系统自治处理自己的内部安全和决策。如果发生冲突，由主系统仲裁允许或授予自主权。如果发生故障，一个较低级别的分自治系统可以要求更高的分自治层次，或主系统控制器将处理系统一级的行动，关闭或重新配置。这种方法的优点是每个子自治可以是单独控制和行动，提高了系统的效率。

绝对听从命令，叫我干啥就干啥

7.豪华神经——宇航电子系统

宇航电子系统包括4个主要子系统：嵌入式电机控制、数据采集与感觉输入、电力分配和控制、数据处理。

嵌入式电机控制：电机控制模块用来有效地控制各灵巧手和手腕的14个自由度。控制器设计了3轴电机驱动器。这种电机控制方法所需的线缆数目从300多个减少到刚刚超过75个。机械手的电动集中在4个电机包。每包电机接口为3轴功率驱动器、混合柔性印刷电路板和纳米连接器。2个手腕电机集成了2个单轴电机驱动器控制上下左右方向。电机混合驱动提供额定28V直流电。印刷电路板作为三者之间的电动机包、混合电机驱动器和控制器。纳米连接器提供28V的直流电源和接口数据。混合动力电机驱动器具有良好的热传导性，柔性电路结构，连接到前臂。柔性电路周围的三重电机组，提供连接电线。

数据采集与感觉输入：2只手/手腕模块，包含84个反馈和控制传感器，其中60个是模拟传感器，并要求传感器信号调节和数字化。每个电机的位置自由度传感器、力传感器，以及联合的绝对位置传感器。2个手臂模块，包含90个传感器，其中80个是模拟传感器。每个驱动器包含一个电机位置传感器、关节力矩传感器、绝对位置传感器、温度传感器和4个分布在整个联合体的传感器。传感器的数据传输，采用IRIG-106-93的PCM格式，有能力接受48个通道的应变输入，32个可编程模拟输入，96个固定的模拟输入通道，16个热输入通道。

电力配电、控制和引信安全：配电及控制子系统为全系统的安全服务，处理能力增加一倍。这是实施计算机和手动控制的关断控制。手动开关包括每个制动部分，以方便测试和重新配置。由于太空机器人是相当缓慢的移动机器人。它的主计算机没有任何发生故障处理的能力。

数据处理：高效计算机和CPU足以处理机器人的内部和外部信息数据。

电子芯片

临场感——指挥机器人

8.真实感觉——临场感

太空机器人可以通过子系统建立远程控制，实现临场实时控制。

临场感是指一个人操作控制一个远程机器人行动的真实感。操作者必须学会控制43个自由度。由于机器人是仿真拟人的。控制逻辑方法是主从关系。操作者利用手臂、头部、手部和手指的动作，建立所需的任务和主从控制程序。机器人重复同样的动作。远程控制的目标是提供一个直观、真实、精准、低成本的逻辑程序，并跟踪机器人的方法。

压力传感器内置在机器人的手指中。手指传递的力量可以用数字或图像显示出来。手指的压力传感器测力，可传递触觉信息。

磁定位跟踪器可以定位手臂、躯干和头部跟踪的位置。网真系统将产生通过机器人位置命令构成跟踪。未来的远程控制系统将以新的方法和算法，大大提高远距离操纵安全性和性能，让太空机器人灵巧操作。

高难度：攀爬天花板

爬坡竞赛

9.仿真模拟——新人类

美国宇航局研制太空机器人的目的之一是登陆月球、火星。从理论上说，仿真模拟是验证控制算法、掌握算法、路径规划的唯一方法。2006年秋，美国宇航局约翰逊中心、美国宇航局喷气推进实验室等，在亚利桑那州的酷似火星的沙漠进行了机器人宇航员测试赛。

太空机器人可以干很多事。如果5年后的某一天，在维也纳金色大厅，西装革履、满脸络腮胡子的帕瓦罗蒂唱起《我的太阳》。你一定会疑问：这小子怎么又活了？其实这是人形机器人干的。如果帕瓦罗蒂复活，看见假“帕瓦罗蒂”惟妙惟肖的演唱表演，他也只能自叹不如。

如果举办一次帕瓦罗蒂模仿秀，帕瓦罗蒂本人肯定名落孙山。帕瓦罗蒂不见得每次表演都十分成功，每次都唱上最高音，而假“帕瓦罗蒂”每次都会表演得十分成功，超过帕瓦罗蒂的最高音。

尽管第一代太空机器人的仿真模拟与人类很像，但还有差距。第2代太空机器人的诞生将开辟宇航新时代。机器人终于梦想成真，成为宇航员。

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