洪　剛

1996年夏天的一個(gè)夜晚，美國(guó)特種機(jī)器人協(xié)會(huì)舉辦了一場(chǎng)別開(kāi)生面的音樂(lè)會(huì)，演唱者是世界男高音之王“帕瓦羅蒂”。這位“帕瓦羅蒂”并不是意大利著名的歌唱家帕瓦羅蒂，而是美國(guó)依阿華州州立大學(xué)研制的機(jī)器人歌手“帕瓦羅蒂”。

演出開(kāi)始，“帕瓦羅蒂”身著他習(xí)慣穿的黑白相間的禮服，大大方方地走上舞臺(tái)，手里還拿著他演唱時(shí)喜歡揮舞的白手絹。當(dāng)他放聲高歌時(shí)，不僅唱出了兩個(gè)8度以上的高音，而且被歌唱家們視為畏途的高音C他也能唱得清脆圓潤(rùn)具有“穿透力”。不僅聽(tīng)眾們一個(gè)個(gè)目瞪口呆，就連那些閉目聆聽(tīng)的音樂(lè)家們也驚呼道“這不就是高音C王帕瓦羅蒂嗎？”

演唱完畢，“帕瓦羅蒂”還作了自我介紹和回答提問(wèn)，回答詼諧幽默，妙語(yǔ)連珠。他的語(yǔ)調(diào)聲音，用詞造句與帕瓦羅蒂如出一人。連簽名的筆跡也與真帕瓦羅蒂絲毫不差。

研制專(zhuān)家們透露了一些內(nèi)部信息：他們的機(jī)器人歌手之所以表演得如此逼真，是因?yàn)樗麄兪孪瘸晒Φ孬@得了帕瓦羅蒂演唱時(shí)胸腔、顱腔和腹腔內(nèi)空氣振動(dòng)的頻率、波長(zhǎng)、壓力及空氣的流量等數(shù)據(jù)，再用先進(jìn)的電腦系統(tǒng)進(jìn)行“最逼真的模擬”，然后再進(jìn)行仿制的。

實(shí)際上，機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。機(jī)器人可以接受人類(lèi)指揮，也可以執(zhí)行預(yù)先編排的程序，也可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)來(lái)行動(dòng)。機(jī)器人執(zhí)行的是取代或協(xié)助人類(lèi)的工作，例如制造業(yè)、建筑業(yè)，或是危險(xiǎn)的工作。我國(guó)的機(jī)器人專(zhuān)家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類(lèi)，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。

機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、檢測(cè)裝置和控制系統(tǒng)等組成。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)即機(jī)器人本體，其臂部一般采用空間開(kāi)鏈連桿機(jī)構(gòu)，其中的運(yùn)動(dòng)副（轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副）常稱(chēng)為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個(gè)數(shù)通常即為機(jī)器人的自由度數(shù)。根據(jù)關(guān)節(jié)配置形式和運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)形式的不同，機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、極坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式等類(lèi)型。出于擬人化的考慮，常將機(jī)器人本體的有關(guān)部位分別稱(chēng)為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人）等。

檢測(cè)裝置的作用是實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進(jìn)行比較后，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)器人的動(dòng)作符合預(yù)定的要求。作為檢測(cè)裝置的傳感器大致可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是內(nèi)部信息傳感器，用于檢測(cè)機(jī)器人各部分的內(nèi)部狀況，如各關(guān)節(jié)的位置、速度、加速度等，并將所測(cè)得的信息作為反饋信號(hào)送至控制器，形成閉環(huán)控制。另一類(lèi)是外部信息傳感器，用于獲取有關(guān)機(jī)器人的作業(yè)對(duì)象及外界環(huán)境等方面的信息，以使機(jī)器人的動(dòng)作能適應(yīng)外界情況的變化，使之達(dá)到更高層次的自動(dòng)化，甚至使機(jī)器人具有某種“感覺(jué)”，向智能化發(fā)展，例如視覺(jué)、聲覺(jué)等外部傳感器給出的有關(guān)工作對(duì)象、工作環(huán)境的信息，利用這些信息構(gòu)成一個(gè)大的反饋回路，從而將大大提高機(jī)器人的工作精度。

控制系統(tǒng)有兩種方式。一種是集中式控制，即機(jī)器人的全部控制由一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)完成。另一種是分散（級(jí)）式控制，即采用多臺(tái)微機(jī)來(lái)分擔(dān)機(jī)器人的控制，如當(dāng)采用上、下兩級(jí)微機(jī)共同完成機(jī)器人的控制時(shí)，主機(jī)常用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、通訊、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算，并向下級(jí)微機(jī)發(fā)送指令信息；作為下級(jí)從機(jī)，各關(guān)節(jié)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)CPU，進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算和伺服控制處理，實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)，并向主機(jī)反饋信息。根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的不同，機(jī)器人的控制方式又可分為點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制和力（力矩）控制。

在2008年北京奧運(yùn)會(huì)的保衛(wèi)工作中也使用了安德魯斯F6A型機(jī)器人，這是目前世界上最先進(jìn)的機(jī)器人之一。日本科學(xué)家研制出一款新型機(jī)器人，名為“村田女孩”（Murata Girl）。它的“新”就在于可以騎獨(dú)輪車(chē)，這可是我們很多人都無(wú)法辦到的事情。近日美國(guó)官方公布了一段關(guān)于軍用機(jī)械狗的錄像，視頻中機(jī)械狗展示了它驚人的活動(dòng)能力和適應(yīng)性，一舉在互聯(lián)網(wǎng)上造成轟動(dòng)。研發(fā)公司稱(chēng)經(jīng)過(guò)測(cè)試，該機(jī)械狗能在戰(zhàn)場(chǎng)上為士兵運(yùn)送彈藥、食物和其他物品。

機(jī)器人在人類(lèi)生活中的作用日益重要。近年來(lái)，全球商業(yè)性?shī)蕵?lè)機(jī)器人也正以每年35％的驚人速度遞增。將來(lái)在大商場(chǎng)中由機(jī)器人導(dǎo)購(gòu)售貨將司空見(jiàn)慣，人們對(duì)機(jī)器人登臺(tái)演出也將習(xí)以為常。