洪　剛

1996年夏天的一個夜晚，美國特種機(jī)器人協(xié)會舉辦了一場別開生面的音樂會，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，手里還拿著他演唱時喜歡揮舞的白手絹。當(dāng)他放聲高歌時，不僅唱出了兩個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具有“穿透力”。不僅聽眾們一個個目瞪口呆，就連那些閉目聆聽的音樂家們也驚呼道“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，回答詼諧幽默，妙語連珠。他的語調(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胸腔、顱腔和腹腔內(nèi)空氣振動的頻率、波長、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)器人是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置。機(jī)器人可以接受人類指揮，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)來行動。機(jī)器人執(zhí)行的是取代或協(xié)助人類的工作，例如制造業(yè)、建筑業(yè)，或是危險的工作。我國的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，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)動裝置、檢測裝置和控制系統(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鏈連桿機(jī)構(gòu)，其中的運(yùn)動副（轉(zhuǎn)動副或移動副）常稱為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個數(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（對于移動機(jī)器人）等。

檢測裝置的作用是實(shí)時檢測機(jī)器人的運(yùn)動及工作情況，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，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以保證機(jī)器人的動作符合預(yù)定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是內(nèi)部信息傳感器，用于檢測機(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，并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環(huán)控制。另一類是外部信息傳感器，用于獲取有關(guān)機(jī)器人的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息，以使機(jī)器人的動作能適應(yīng)外界情況的變化，使之達(dá)到更高層次的自動化，甚至使機(jī)器人具有某種“感覺”，向智能化發(fā)展，例如視覺、聲覺等外部傳感器給出的有關(guān)工作對象、工作環(huán)境的信息，利用這些信息構(gòu)成一個大的反饋回路，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微型計算機(jī)完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺微機(jī)來分擔(dān)機(jī)器人的控制，如當(dāng)采用上、下兩級微機(jī)共同完成機(jī)器人的控制時，主機(jī)常用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、通訊、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)計算，并向下級微機(jī)發(fā)送指令信息；作為下級從機(jī)，各關(guān)節(jié)分別對應(yīng)一個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，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，這可是我們很多人都無法辦到的事情。近日美國官方公布了一段關(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能力和適應(yīng)性，一舉在互聯(lián)網(wǎng)上造成轟動。研發(fā)公司稱經(jīng)過測試，該機(jī)械狗能在戰(zhàn)場上為士兵運(yùn)送彈藥、食物和其他物品。

機(jī)器人在人類生活中的作用日益重要。近年來，全球商業(yè)性娛樂機(jī)器人也正以每年35％的驚人速度遞增。將來在大商場中由機(jī)器人導(dǎo)購售貨將司空見慣，人們對機(jī)器人登臺演出也將習(xí)以為常。