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本节书摘来异步社区《自己动手做智能机器人》一书中的第1章，第1.3节，作者：李卫国 , 陈巍 , 梁建宏 , 胡涛，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

1.3　机电一体化技术带来哪些明星产品

世界因为互联计算变得更加精彩，而传统机电设备因为获得智能而焕发生机，不断涌现出拥有众多粉丝的耀眼明星。下面我们将介绍几款非常优秀的机器人产品，它们已经在各自的领域发挥着举足轻重的作用，并不断地挑战着新高度。

1.3.1　大狗军用机器人

传统装甲运兵车（见图1-4）可以在野战道路上输送人员和装备，但是却无法支援山区、丛林和前沿阵地的步兵，但是随着“机-电-液”技术的发展，单位面积推力巨大的液压腿式机器人已经研发成功，即将成为紧跟步兵承载装备的“木牛流马”。

大狗军用机器人（见图1-5）由波士顿 动力公司（Boston Dynamics）专门为美国军队研究设计，它不仅仅可以爬山涉水，还可以承载较重的货物，而且这种机械狗可能比人类都跑得快。“大狗”机器人可根据环境的变化调整行进步态，被称为“当前世界上最先进的适应崎岖地形的机器人”，它不但能够行走和奔跑，而且还可跨越一定高度的障碍物。该机器人装备一部输出液压动力的汽油发动机，四条腿完全模仿动物的四肢设计，内部安装有特制的减震装置。机器人的长度为1 m，高70 cm，重量为75 kg，行进速度可达到7 km/ h，能够攀越35°的斜坡。它可携带重量超过150 kg的武器和其他物资，具有很强的野战实用性。

大狗机器人的内部安装有一台计算机，可根据环境的变化调整行进姿态。而大量的传感器则能够保障操作人员实时地跟踪“大狗”的位置并监测其系统状况。据称，“大狗”机器人能够获得成功是由于采用了战斗机上采用的数字液压伺服系统，这种系统每平方厘米上能产生160～250 kg的液压力，当然也离不开先进的控制芯片和军用数据总线，使得机器腿能做出快速精准的调整。相比之下，传统步兵车辆运动系统的控制功能单一，仅在自动变速箱中有微计算机，有一些车辆甚至还在使用手动变速箱。

1.3.2　达芬奇手术机器人

传统外科手术受限于医生的视野，必须要使用传统的外科手术器械（见图1-6）在人体上打开足够大的口子，才能让外科医生看见里面的情况，从而开展手术，特别是胸腔和腹腔手术，往往令人想起“开膛破肚”的血腥场面，这种手术方法，患者是痛苦的，外科医生的压力也是巨大的。

现在，最先进的微创手术机器人，已经利用机器人技术，实现了机器人的眼睛代替人眼进入腹腔、胸腔里看，机器人的微型机械手代替人手进入人体实施手术，而只需要在患者手术部位附近打几个小孔，这种微创手术机器人系统就是达芬奇外科手术系统。

达芬奇外科手术系统是一种高级机器人平台，其设计的理念是通过使用微创的方法，实施复杂的外科手术。达芬奇机器人由三部分组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。

（1）外科医生控制台。主刀医生坐在控制台中，位于手术室无菌区之外，使用双手（通过操作两个主控制器）及脚（通过脚踏板）来控制器械和一个三维高清内窥镜。手术器械尖端与外科医生的双手同步运动。

（2）床旁机械臂系统。床旁机械臂系统是外科手术机器人的操作部件，其主要功能是为器械臂和摄像臂提供支撑。助手医生在无菌区内的床旁机械臂系统边工作，负责更换器械和内窥镜，协助主刀医生完成手术。为了确保患者安全，助手医生比主刀医生对于床旁机械臂系统的运动具有更高的控制权。

（3）成像系统。成像系统内装有外科手术机器人的核心处理器以及图像处理设备，在手术过程中位于无菌区外，可由巡回护士操作，并可放置各类辅助手术设备。外科手术机器人的内窥镜为高分辨率三维镜头，对手术视野具有10倍以上的放大倍数，能为主刀医生带来患者体腔内三维立体高清影像，使主刀医生较普通腹腔镜手术更能把握操作距离，更能辨认解剖结构，提升了手术精确度。

机器人技术的介入，使手术器械能以不同角度在手术部位操作，能够在有限狭窄空间工作，使得主刀医生在轻松的工作环境中工作，减少疲劳，提高精确度，从而使手术更完美。

1.3.3　多旋翼航拍无人机

传统的航空模型运动（见图1-9）是一种锻炼动手制作能力、操纵感觉与反应，兼有传播空气动力学知识功能的体育运动。

随着机电控制技术和无人机技术的进步，航空模型已经最先进入了“无人机+”时代，也就是无人机技术极大地改变了航空模型的产品形态、玩法和体验。以我国最大的航拍无人机出口产品——大疆“精灵3”无人机（见图1-10）为例，在一台1300 g左右的“精灵”四旋翼航拍无人机身上，集成了至少9颗嵌入式计算机芯片。它们在以下几方面发挥作用：（1）摄像头处理计算机，主要用于CCD（电荷耦合器件）感光器件成像后的编码压缩处理等；（2）三轴云台控制计算机，它通过获取摄像头后面的陀螺仪、姿态传感器信息，驱动三轴无刷电机实现飞行中摄像头的稳定；（3）导航计算机，通过获取磁场、GPS、加速度计和陀螺的数据，分析计算机体的位置、速度、角速度和航向等导航信息；（4）飞行控制计算机，它根据导航计算机的导航数据，给四个驱动螺旋桨的无刷电机发出复杂的调整指令，从而实现悬停、抗风、机动飞行等复杂动作；（5）无刷电机驱动微处理器，它感知电机转子的相位，以400 Hz的频率控制电机的转速，从而实现升力的变化；（6）智能电池管理芯片，它采集每一片锂电池的电压和电流，从而估算容量，对电池进行保护。

传统的航空模型内部几乎没有高性能的处理器，因此飞行水平主要靠操纵者的训练和现场反应。而航拍无人机上的9枚嵌入式计算机，其平均运算能力要远高于早期的苹果个人台式计算机，从而大大降低了飞行器的控制难度，既可以兼顾飞行，还能够完成空中拍摄，同时还有微计算机监管电池安全。这些极大的进步，已经大大拓展了民用无人机的市场，实现了增量创新。