计算机速成课 第三十七集 机器人

1. 机器人

• 定义：由计算机控制，可以自动执行一系列动作的机器，外观并不重要
• 潜在含义：存在于现实世界中的机器
• robot 一词，首先出现在 1920 年的一部捷克戏剧，代表人造的类人角色
• 举例：
  • 给汽车喷漆的机械臂
  • 无人机
  • 辅助外科医生的蛇状机器人
  • 人形机器人
  • 堆叠货盘
  • 焊接

2. 自动机

• 不用电，没有电子部件的机器
• 1739 年，法国人 Jacques de Vaucans 做了个自动机，叫「吃饭鸭」
• 土耳其行棋傀儡：一个能下国际象棋的人形机器人，1770 年建造完成。实际是一个骗局，机器人有人控制

3. 第一台计算机控制的机器

• 出现在 1940 年，
• 数控机器，简称 CNC 机器，可以执行一连串程序指定的操作，并作出精细的控制，可以生产之前很难做的物品
  • 例如：从一整块铝，加工出复杂的螺旋桨，这用普通机械工具很难做到

4. Unimate

• 第一个商业贩卖的，可编程工业机器人
• 1960 年卖给通用汽车公司
• 作用：可以把压铸机做出来的热金属成品提起来，然后堆起来，机器人行业由此开始

5. 简单控制回路

• 对于简单运动。例如机器爪子在轨道上来回移动，可以指示它移动到特定位置。
• 负反馈回路
  • 实现：首先判断机器人的位置，然后不断缩小当前位置和目标位置的距离，这个控制回路叫做「负反馈回路」
  • 组成部分
    • 传感器：测量现实中的东西，例如：水压、马达位置、气温。根据传感器，计算当前值和目标值相差多大，得到一个「错误」，然后
    • 使用控制器会处理这个错误，决定怎么减小这个错误
    • 然后使用泵、电机、加热元件，或者其他物理组件来做出动作

6. 比例-积分-微分控制器

• 一个使用广泛的机制，有控制回路和反馈机制，简称 PID 控制器
• 以前是机械设备，现在全是纯软件了
• 构成三要素
  • 比例值：是「实际值」和「理想值」的差值
  • 积分值：一段时间内，误差的总和
  • 导数值/预期控制：期望值和实际值之间的变化率
• 场景：
  • 汽车里的巡航控制
  • 无人机调整螺旋桨速度，以保持水平

7. 致命自主武器

• 有智力并且可以杀人的机器人
• 例如：韩国三星的 SGR-A1 哨兵炮

8. 机器人三定律

• 科幻作家艾萨克·阿西莫夫在 1942 年的短篇小说写了机器人三定律，之后又加了「定律0」
• 定律
  • 0 让机器人不要伤害，尤其不要伤害人类
  • 1 机器人不得伤害人类，也不得坐视人类受到伤害
  • 2 机器人必须遵守人类给出的指令，除非它和第一定律相冲突
  • 3 机器人必须保存自己，只要这种保存不和第一、第二定律相冲突