【愚公系列】软考高级-架构设计师 114-机器人

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🚀前言

机器人是一种能够执行特定任务的自动化机械装置或系统。机器人通常由电子元件、传感器、执行器和控制系统组成，能够接收指令、进行数据处理和执行物理动作。机器人可以根据预先设定的程序或通过传感器获得的信息来执行各种任务，从简单的重复操作到复杂的决策和执行。

机器人的特点包括：

1. 自动化执行任务：机器人可以独立执行任务，无需人类直接干预。它们能够根据预设的程序或现场条件做出决策和动作。
2. 感知与反应：许多机器人配备有各种传感器，如摄像头、激光雷达、触觉传感器等，用于感知周围环境并做出相应反应。
3. 多样的应用：机器人被广泛应用于工业生产、医疗保健、军事、服务业、探索等领域，能够执行各种任务，从简单的装配到复杂的手术。
4. 可编程性：机器人的行为可以通过编程来定义和控制，允许它们灵活地适应不同的任务和环境。
5. 协作与独立：机器人可以独立工作，也可以与人类或其他机器人协作完成任务，提高效率和灵活性。
6. 持续发展：随着技术的进步，机器人的功能和性能不断提升，包括人工智能的应用、自主导航能力的改进等。

总的来说，机器人是一种能够自主执行任务的机械装置，具有广泛的应用领域和不断发展的潜力。

🚀一、机器人

🔎1.机器人技术进入4.0时代

🦋1.1 定义

机器人4.0时代是指通过将云端大脑分布在各个地方，充分利用边缘计算的优势，提供高性价比的服务。这个时代将任务记忆、场景知识和常识很好地结合起来，实现规模化部署。

🦋1.2 特点

1. 云端大脑分布
   • 利用分布式云端大脑，实现更高效的信息处理和决策。
2. 边缘计算
   • 充分利用边缘计算的优势，提升机器人处理任务的效率和响应速度。
3. 规模化部署
   • 通过优化任务记忆和场景知识，实现机器人的大规模部署。

🦋1.3 关键能力

1. 智能协作
   • 机器人不仅具备感知能力，还能实现多机器人之间的智能协作。
2. 理解和决策能力
   • 机器人应具备一定的理解和决策能力，实现更加自主的服务。

🦋1.4 当前状况

目前的服务机器人大多可以实现物体识别和人脸识别。

🦋1.5 未来需求

在机器人4.0时代，需要进一步增强机器人的自适应能力，使其能够更好地适应不同环境和任务。

🔎2.机器人4.0的核心技术

🦋2.1 云-边-端的无缝协同计算

• 概述：云-边-端一体的机器人系统是面向大规模机器人的服务平台，主要信息处理和生成分布在云、边、端各层次完成。
• 云端：提供高性能计算和知识存储。
• 边缘端：进一步处理数据，实现协同和共享。
• 机器人端：专注于完成实时操作的功能。

🦋2.2 持续学习与协同学习

• 目标：机器人通过少量数据建立基本识别能力，之后自主寻找更多相关数据并进行自动标注。
• 方法：利用自主获取的数据对已有模型进行重新训练，提高性能和准确度。

🦋2.3 知识图谱

• 需求：更加动态和个性化的知识，结合机器人的感知与决策能力。
• 作用：帮助机器人在多变的环境中进行有效的感知和决策。

🦋2.4 场景自适应

• 功能：主动观察场景内人和物的变化，预测可能事件，影响后续行动模式。
• 关键技术：场景预测能力，通过细致观察场景内各种人和物，结合相关知识和模型进行分析，预测未来事件并调整行为模式。

🦋2.5 数据安全

• 保障：确保端到端的安全传输和服务器端的安全存储，保护数据隐私和系统安全。

🔎3.机器人分类

🦋3.1 机器人分类及其控制方式

1. 操作机器人
2. 定义：远距离进行操作的机器人。
3. 典型代表：在核电站处理放射性物质的机器人。
4. 程序机器人
5. 定义：按预先给定的程序、条件、位置进行作业的机器人。
6. 典型代表：工业生产线上的焊接机器人。
7. 示教再现机器人
8. 定义：通过示教将操作过程记录在存储器中，并可重复示教过的动作过程。示教方法包括直接示教和遥控示教。
9. 典型代表：医疗手术机器人，外科医生使用机器人执行复杂手术并记录操作过程，机器人可在需要时重复这些操作以保持手术的准确性和精确性。
10. 智能机器人
11. 定义：既能进行预设动作，又能根据工作环境的变化调整动作。
12. 典型代表：家用扫地机器人，配备传感器和算法，能避开障碍物、自动充电并根据房间布局自主规划清扫路径。
13. 综合机器人
14. 定义：由操作机器人、示教再现机器人和智能机器人组合而成的复杂系统。
15. 典型代表：火星机器人，整个系统由地面指令操纵的操作机器人。

🦋3.2 机器人按应用行业分类

1. 工业机器人
2. 应用：工业生产，如焊接、组装、搬运等。
3. 服务机器人
4. 应用：家庭服务、医疗护理、教育娱乐等领域。
5. 特殊领域机器人
6. 应用：军事、空间探测、核工业等特殊领域。