VC爬壁机器人系统及人机工程设计(2)
爬壁机器人作为移动机器人的一个重要分支，复杂性高，综合性强，开发过程中面临诸多问题。因此人们在解决具体关键技术的同时，也认识到机器人体系结构与系统研究的重要性。本章简要的介绍了机器人体系结构及其发展，罗列了爬壁机器人系统的主要特点，为设计针对爬壁机器人的特殊功能和操作特点的系统架构做铺垫。
1.1 机器人发展概述
从上至宇宙飞船、太空舱，到下至深海开发、微机器人，在现代社会，机器人技术在全球经济发展的多项领域迅猛发展，已经成为高科技中极重要的一部分。人类社会的发展，科技的发展已和机器人的应用、研究产生了密不可分的关系。人类社会的发展已不可离开机器人技术，而机器人科技的进步又对推动高科技发展起着不可磨灭的作用。[1]
自从1967年日本科学家合田周与平森政弘提出：“机器人是一种具有自动性、半机械半人性、智能性、个体性、通用性、移动性、奴隶性等7个特征的柔性机器。”在之后的45年里，机器人的发展发生了革命性的变化。与此同时，加藤一郎还提出，具有如下3个条件的机器可以称为机器人：1，具有脑、手、脚等三要素的个体；2，具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；3，具有平衡觉和固有觉的传感器。[1]
1969 年，日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。[4]日本专家一向以研发娱乐机器人和仿人机器人的技术见长，后来更进一步催生出索尼公司的QRIO和本田公司的ASIMO。
1973 年 世界上第一次机器人和小型计算机携手合作，就诞生了美国 Cincinnati Milacron公司的机器人T3。1984 年，英格伯格再推机器人Helpmate，这种机器人能在医院里为病人送饭、送药、送邮件。同年，他还预言：“我要让机器人擦地板，做饭，出去帮我洗车，检查安全”。[4]1999 年，日本索尼公司推出犬型机器人爱宝(AIBO)，当即销售一空，从此娱乐机器人成为目前机器人迈进普通家庭的途径之一。2002 年，丹麦 iRobot 公司推出了吸尘器机器人 Roomba，它能避开障碍，自动设计行进路线，还能在电量不足时，自动驶向充电座。Roomba 是目前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。[1]
机器人发展到目前为止共分为三个阶段。第一阶段的机器人只有“手”, 以固定程序工作, 不具有外界信息的反馈能力；第二阶段的机器人具有对外界信息的反馈能力, 即有了感觉, 如力觉、触觉、视觉等；第三阶段, 即所谓“智能机器人”阶段,这一阶段的机器人已经具有了自主性,有自行学习、推理、决策、 规划等能力。
目前，对全球机器人技术发展最有影响力的国家应该是美国和日本。美国在机器人技术的综合研究水平上仍处于领先水平，而日本生产的机器人在数量、种类方面则居世界首位。[1]
1.2 机器人系统结构的研究
从早期的示教型机器人发展到如今的智能机器人，机器人系统呈现复杂性高，综合性强的特点，使得人们在解决机器人具体关键技术的同时，不得不致力于系统设计的研究。机器人系统设计的逻辑基础和机构模型离不开机器人控制体系结构的研究。机器人控制器体系结构主要是指控制机器人的软件和硬件结构，通常也简称为机器人体系结构[2]。机器人体系结构的研究主要包括机器人系统的各个模块相互间的关系及功能分配。研究机器人体系结构的目的是为简化机器人系统的设计和开发，随着机器人控制和功能日益复杂化，越来越受到重视。