第4章　检验机器人的实际能力

机器人感受训练课程4：一些机器人表现不佳只是因为夸大了它们的潜力。

了解机器人的真正实力是提出机器人词汇、ROLL模型或任何有用的编程的一个先决条件。机器人的能力矩阵用来记录一个机器人具有哪些部分和能力。

我们的第一个切入点是来自表2-1的一个机器人能力矩阵，其中列出了传感器、末端作用器、微控制器和机器人类型，但那只说明了一部分问题。一些能力直接来自制造商的说明书，但值得注意的是，机器人传感器、执行器、电动机和控制器的说明书通常在理论上是一回事，使用过程中是另外一回事。以一个传感器的说明书为例，任何传感器与执行器的精度都存在一定数量的错误或限制，例如：

·传感器实际的测量距离小于所描述的测量差异。

·光传感器所描述的是识别三种颜色，但实际上只识别两种颜色。

注释

记住，执行器/电动机最终决定机器人的移动速度。机器人的加速度与其执行器紧密相关。机器人可以举起或托住的重量也由执行器决定。

传感器的误差率可能不明确甚至在文件中完全没有。并不是所有生产的电动机都一样，执行器所支持的精密水平可能有很大差异。

由于传感器、执行器和末端作用器可以通过编程控制，因此性能水平和局限性必须在编程工作之前确定。生产商有时对控制器、传感器或执行器的性能过于乐观，结果这些器件的实际能力所描述的能力不符。在其他情况下，文件中有些低级错误或拼写错误，例如，当应该用g表示执行器能力时，文件中却写成了kg。

如果依据生产商不正确的说明书给机器人发送指令，结果会浪费我们的精力，还可能导致机器人的损坏。例如，执行器和电动机提供了机器人手臂所要求的大部分工作，因此，当执行器实际只能处理1.8L时，指示一个机器人手臂举起和搬迁2L可能导致机器人伺服机构的损坏或出现某种安全问题。

机器人执行器负载过重是一个常见的故障原因。超过传感器的指定能力是另外一个常见的故障原因。当扫描传感器只能识别一个形状和一种颜色时，依赖于机器人传感器的态势感知，要求对不同大小、形状和颜色的物体进行识别，这是传感器说明书与实际传感器性能之间不匹配的一个典型。

图4-1　简化的机器人组成框架

在真正的编程工作开始之前，我们必须检验或测试基本机器人框架的组成，如图4-1所示。这些组件是机器人编程的硬件基础，它们中的任何一个都可能造成任务中断。因此，了解每一个组件的基本限制很重要。微控制器包括微处理器、输入/输出端口、传感器端口、不同类型的内存、闪存和EEPROM。图4-2给出了一个微控制器的基本布局。

图4-2　微控制器的基本布局

注释

像普通的ROM芯片一样，电可擦只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM），使用网格和电脉冲创造二进制数据。然而，ROM芯片和EEPROM芯片之间的区别是EEPROM芯片可以编程而不需要从计算机上将它们拔下来，这与只能编程一次的基本ROM芯片相反。

小贴士

一个机器人可以有多个控制器，了解实际说明书很重要。一个机器人可以有一个针对电动机的控制器、针对伺服机构的控制器以及针对通信的控制器。