跳转到内容

BEAM机器人：修订间差异

维基百科，自由的百科全书
以互动方式浏览历史
←上一版本
删除的内容 添加的内容
可视化wikitext
Lakokat（留言 | 贡献）
31,342次编辑
小 自动操作：修复首个章节标题
InternetArchiveBot（留言 | 贡献）
机器人
2,023,698次编辑
补救11个来源，并将0个来源标记为失效。) #IABot (v2.0.9.5
 
（未显示9个用户的13个中间版本）
第1行： 第1行：
'''BEAM机器人'''是一类小型[[wiktionary:zh:reactive|响应式]][[机器人]]，由以[[施密特触发器]]为核心的[[模拟电路]]控制，不使用[[微处理器]]，不具有可编程能力。曾于1990年代末至2000年代初受到[[DIY]]社区和[[理工科|理工]]教育领域的关注，后随着微处理器变得廉价而走向没落。
{{expert-subject|time=2012-06-14T02:34:26+00:00}}
{{unreferenced|time=2012-06-14T02:34:26+00:00}}
'''BEAM'''是一类主要只使用简单的模拟电路与传感器的微型机器人，它们往往带有一定回路构成的控制网络，这一部分也被称为“神经元”。BEAM一词是Biology、Electronics、Aesthetics、与Mechanics几个词词头的缩写，代表着仿生的、电子的、美学的、机械的等多重含义（其中E也有人意指Evolution）。BEAM最基本的想法来自于构建像生物一样具有反应应激能力的机器，1988年美国Los Alamos的物理学家Mark W. Tilden发明了第一个神经元电路以及所控制的BEAM机器人。此外BEAM的另外一些特征是强调太阳能的使用以及模仿昆虫本能的行为，尽量简单的结构与机械设计，尽量再生利用等。


==分类==
==概述==
1980年代后期，MIT教授[[罗德尼·布鲁克斯]]提出了响应式的和{{link-en|基于行为的机器人|Behavior-based robotics}}技术，提出无需先构建复杂的环境模型、再规划机器人行为，而是将机器人行为看作是从感知到执行的[[刺激 (生理学)|刺激]]响应，并将每一组从感知到执行的过程封装成一个“行为”（behavior）。<ref>{{cite journal |last1=Brooks |first1=R. |title=A robust layered control system for a mobile robot |journal=IEEE Journal on Robotics and Automation |date=1986 |volume=2 |issue=1 |pages=14–23 |doi=10.1109/JRA.1986.1087032}}</ref>
如同寒武纪大爆发，BEAM的进化学涌现出非常多不同的进化类型，包括：


1990年代，就职于[[洛斯阿拉莫斯国家实验室]]机器人工程师马克·蒂尔登（Mark Tilden）受到罗德尼·布鲁克斯的理论启发，与其同事开发出无微处理器的小型响应式仿生型机器人，用以执行执行单一动作。<ref>{{cite web |title=Chaotic Robotics |url=https://www.wired.com/1994/09/tilden/ |website=wired |date=1994-09-01 |access-date=2023-03-08 |archive-date=2023-03-21 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230321202957/https://www.wired.com/1994/09/tilden/ |dead-url=no }}</ref><ref name=losalamos>{{cite web |title=Robotics Scientists Develop Living Machines |url=https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LALP-95-002-5 |website=Dateline Los Alamos |access-date=2023-03-08 |archive-date=2023-03-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230308215226/https://permalink.lanl.gov/object/tr?what=info:lanl-repo/lareport/LALP-95-002-5 |dead-url=no }}</ref>蒂尔登将其机器人称为“'''BEAM'''”，取自生物学（Biology）、电子学（Electronics）、美学（Aesthetics）、力学（Mechanics）四词的首字母缩写。<ref>{{cite web |title=Wired to take on the world |url=https://www.heraldscotland.com/news/12117674.wired-to-take-on-the-world/ |website=herald scotland |date=1996-03-10 |access-date=2023-03-08 |archive-date=2023-03-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230308215228/https://www.heraldscotland.com/news/12117674.wired-to-take-on-the-world/ |dead-url=no }}</ref><ref>{{cite web |title=机器人技术的奇妙未来 100欧元即可拥有 |url=http://tech.sina.com.cn/d/2005-06-24/1212645211.shtml |website=新浪网 |publisher=CHIP《新电脑》 |date=2005-06-24 |access-date=2023-03-08 |archive-date=2023-03-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230308215229/http://tech.sina.com.cn/d/2005-06-24/1212645211.shtml |dead-url=no }}</ref>BEAM机器人本质上是简单的[[模拟计算机#电子模拟计算机|电子模拟计算机]]控制的机器人，<ref>{{cite journal |last1=Rietman |first1=Edward A. |last2=Tilden |first2=Mark W. |last3=Askenazi |first3=Manor |title=Analog computation with rings of quasiperiodic oscillators: the microdynamics of cognition in living machines |journal=Robotics and Autonomous Systems |date=2003-12 |volume=45 |issue=3-4 |pages=249–263 |doi=10.1016/j.robot.2003.08.002}}</ref>，但被蒂尔登本人宣传成“活的机器”，并将机器人内核心为[[施密特触发器]]的[[模拟电路]]宣传成人脑的“神经网络”<ref>{{cite web |title=Scientist makes robots without computer brains |url=http://www.cnn.com/TECH/science/9804/30/t_t/robots/ |website=CNN |date=1998-04-30 |access-date=2023-03-08 |archive-date=2023-03-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230308222308/http://www.cnn.com/TECH/science/9804/30/t_t/robots/ |dead-url=no }}</ref><ref>{{cite web |title=Researcher Turns to Ants for Answer to Robots’ Locomotion |url=https://www.latimes.com/archives/la-xpm-1996-07-07-mn-21861-story.html |website=LA Times |date=1996-07-07 |access-date=2023-03-08 |archive-date=2023-03-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230308222307/https://www.latimes.com/archives/la-xpm-1996-07-07-mn-21861-story.html |dead-url=no }}</ref><ref>{{cite web |title=Light Constructions - Researchers' "creatures" use neural networks that simulate animals' nervous systems |url=https://spie.org/news/light-constructions---researchers-creatures-use-neural-networks-that-simulate-animals-nervous-systems?SSO=1 |website=spie.org |date=1999-07-01 |access-date=2023-03-08 |archive-date=2023-03-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230308222326/https://spie.org/news/light-constructions---researchers-creatures-use-neural-networks-that-simulate-animals-nervous-systems?SSO=1 |dead-url=no }}</ref>。
* ''[[蹲坐者]]''：仅有被动的物理意义的机器人。
** 灯塔：发送某种信号，往往作为为其他机器人定位的目的；
** 演示灯：进行灯光表演；
** 装饰：在灯塔与演示灯之外所有的蹲坐者；


BEAM机器人不使用[[微处理器]]和[[计算机存储器|存储器]]，而是使用[[电阻]]、[[电容]]、[[晶体管]]、[[二极管]]等模拟电子元器件焊接搭建，有时也会加装[[寄存器]]和[[触发器]]等简单的数字电子元器件<ref name=design>{{cite journal |last1=Ruiz-del-Solar |first1=J. |last2=Aviles |first2=R. |title=Robotics Courses for Children as a Motivation Tool: The Chilean Experience |url=https://archive.org/details/sim_ieee-transactions-on-education_2004-11_47_4/page/n51 |journal=IEEE Transactions on Education |date=2004-11 |volume=47 |issue=4 |pages=474–480 |doi=10.1109/TE.2004.825063}}</ref>。搭建上注重电子和机械设计，使用尽量少的电子元器件<ref name=design /><ref>{{cite web |title=Deconstructing BEAM Robotics |url=https://www.azorobotics.com/Article.aspx?ArticleID=469 |website=azorobotics |date=2022-02-11 |access-date=2023-03-08 |archive-date=2023-03-22 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230322222817/https://www.azorobotics.com/Article.aspx?ArticleID=469 |dead-url=no }}</ref>，大多使用太阳能供电<ref name=losalamos />，并鼓励使用废弃电子电机设备（WEEE）作元件<ref>{{cite journal |last1=Boya-Lara |first1=Carlos |last2=Saavedra |first2=Doris |last3=Fehrenbach |first3=Aaron |last4=Marquez-Araque |first4=Angel |title=Development of a course based on BEAM robots to enhance STEM learning in electrical, electronic, and mechanical domains |journal=International Journal of Educational Technology in Higher Education |date=2022-12 |volume=19 |issue=1 |pages=7 |doi=10.1186/s41239-021-00311-9}}</ref>。
* ''[[蠕动者]]''：表演有趣动作的固定机器人（往往是运动某一部分肢体或者是附件）。
** 磁场机器人：使用磁场进行运动。
** 旗帜舞者：以某种频率挥动某种显示（或“旗帜”）。
** 头颅：枢纽并伴随着一些可以测量到的现象，比如光（这在BEAM社区中非常流行。他们可以是独立的机器人，但更多的是属于一个大机器人的一部分）。
** 振动器：使用微型振动电机与偏心轮摇晃它们自身。
* ''[[滑动者]]''：平滑的沿着一个表面滑动身体并且保持保持与表面接触的机器人。
** 蛇：通过横向波运动的机器人。
** 蚯蚓：通过纵向波运动的机器人。
* ''[[爬行者]]''：履带或者通过一些肢体翻转躯干进行运动的机器人。机器人的躯干并不跌落到地面。
** 龟式机器人：使用手臂或鞭毛翻转它们整个躯体。
** 尺蠖：将它的部分身体向前移动，而剩下的机架部分在地面上。
** 履带机器人使用履带式轮，如[[坦克]]。
* ''[[弹跳者]]''：将自己推离地面作为运动方式的机器人。
** 振动机器人：产生不规则的振动以使本身在某个表面运动。
** 弹跳机器人：通过向某个角度弹跳以向前运动。
* ''[[滚动者]]''：通过滚动全部或者部分身体进行运动的机器人
** 使用单个电机且轴接触地面驱动，并通过轴周围几个对称的接触点与平面的接触向不同方向运动。
** 太阳能滚动者：使用单个电机驱动一个或多个轮的太阳能车辆；往往设计为在最短时间里完成一个相对较短的直线航程。
** 爆米花：使用两个电机与独立的[[太阳能引擎]]；依靠不同的传感器达到目标。
** 最小球：移动它们的[[重心]]，使得它们的球形躯体滚动。
* ''[[步行者]]''：通过与地面不同的接触进行移动的机器人。
** 电机驱动：使用电机移动它们的腿部（典型的是3个电机或更少）。
** 肌肉线驱动：通过[[镍]]（镍钛-[[记忆合金]]）线作为腿部的驱动器。
* ''[[游泳者]]''在液体中或表面运动的机器人（典型的是水）。
** 船型机器人：在液体表面上运转。
** 水下机器人：在液体表面下运转。
* ''[[飞行者]]''：可以再空气中运动可以持续的一段时间的机器人。
** 直升机：使用有动力的旋翼同时产生升力与推进力。
** 飞机：使用固定的或扑翼产生升力。
** 飞艇：使用中性浮力的气球产生升力。
* ''[[登山者]]''：爬上或爬下一个竖直表面的机器人，往往在某个绳或线状轨道上。


对比同时代基于微处理器搭建的机器人的昂贵价格，蒂尔登提出的BEAM机器人成本仅为15-40美元左右<ref>{{cite web |title=What Are BEAM Robots? |url=https://electronics360.globalspec.com/article/9247/what-are-beam-robots |website=electronics360 |date=2017-07-11 |access-date=2023-03-08 |archive-date=2023-03-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230308223409/https://electronics360.globalspec.com/article/9247/what-are-beam-robots |dead-url=no }}</ref>，因而受到DIY爱好者的欢迎，并在爱好者社区内涌现出各型新式设计。同时也因为能锻炼学生的模拟电路设计、[[印制电路板]]焊接、机械组装等能力被引入理工教育领域<ref name=design />。后随着[[Arduino]]<ref>{{cite web |title=What are BEAM Bots? |url=https://www.digikey.com/en/maker/blogs/2019/what-are-beam-bots |website=digikey |date=2019-07-15 |access-date=2023-03-08 |archive-date=2023-03-08 |archive-url=https://web.archive.org/web/20230308230345/https://www.digikey.com/en/maker/blogs/2019/what-are-beam-bots |dead-url=no }}</ref>和[[树莓派]]等廉价微处理器被应用到机器人DIY开发中，BEAM机器人不再受到DIY社区关注。而教育领域则转而使用可编程的[[乐高Mindstorms]]<ref name=design />。
[[cs:Beambot]]

[[de:Beam (Robotik)]]
==参考==
[[en:BEAM robotics]]
{{Reflist|2}}
[[es:Robótica BEAM]]
==外部链接==
[[fr:BEAM]]
* [http://solarbotics.net/library.html BEAM Reference Library] {{Wayback|url=http://solarbotics.net/library.html |date=20221112051757 }}
[[nl:B.E.A.M]]
[[Category:机器人]]
[[pt:Robótica BEAM]]
[[sk:BEAM]]
[[th:บีม (หุ่นยนต์)]]

2023年6月10日 (六) 12:04的最新版本

BEAM机器人是一类小型响应式机器人，由以施密特触发器为核心的模拟电路控制，不使用微处理器，不具有可编程能力。曾于1990年代末至2000年代初受到DIY社区和理工教育领域的关注，后随着微处理器变得廉价而走向没落。

概述

[编辑]

1980年代后期，MIT教授罗德尼·布鲁克斯提出了响应式的和基于行为的机器人（英语：Behavior-based robotics）技术，提出无需先构建复杂的环境模型、再规划机器人行为，而是将机器人行为看作是从感知到执行的刺激响应，并将每一组从感知到执行的过程封装成一个“行为”（behavior）。[1]

1990年代，就职于洛斯阿拉莫斯国家实验室机器人工程师马克·蒂尔登（Mark Tilden）受到罗德尼·布鲁克斯的理论启发，与其同事开发出无微处理器的小型响应式仿生型机器人，用以执行执行单一动作。[2][3]蒂尔登将其机器人称为“BEAM”，取自生物学（Biology）、电子学（Electronics）、美学（Aesthetics）、力学（Mechanics）四词的首字母缩写。[4][5]BEAM机器人本质上是简单的电子模拟计算机控制的机器人，[6]，但被蒂尔登本人宣传成“活的机器”，并将机器人内核心为施密特触发器的模拟电路宣传成人脑的“神经网络”[7][8][9]。

BEAM机器人不使用微处理器和存储器，而是使用电阻、电容、晶体管、二极管等模拟电子元器件焊接搭建，有时也会加装寄存器和触发器等简单的数字电子元器件[10]。搭建上注重电子和机械设计，使用尽量少的电子元器件[10][11]，大多使用太阳能供电[3]，并鼓励使用废弃电子电机设备（WEEE）作元件[12]。

对比同时代基于微处理器搭建的机器人的昂贵价格，蒂尔登提出的BEAM机器人成本仅为15-40美元左右[13]，因而受到DIY爱好者的欢迎，并在爱好者社区内涌现出各型新式设计。同时也因为能锻炼学生的模拟电路设计、印制电路板焊接、机械组装等能力被引入理工教育领域[10]。后随着Arduino[14]和树莓派等廉价微处理器被应用到机器人DIY开发中，BEAM机器人不再受到DIY社区关注。而教育领域则转而使用可编程的乐高Mindstorms[10]。

参考

[编辑]
  1. ^ Brooks, R. A robust layered control system for a mobile robot. IEEE Journal on Robotics and Automation. 1986, 2 (1): 14–23. doi:10.1109/JRA.1986.1087032. 
  2. ^ Chaotic Robotics. wired. 1994-09-01 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-21）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Robotics Scientists Develop Living Machines. Dateline Los Alamos. [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  4. ^ Wired to take on the world. herald scotland. 1996-03-10 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  5. ^ 机器人技术的奇妙未来 100欧元即可拥有. 新浪网. CHIP《新电脑》. 2005-06-24 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  6. ^ Rietman, Edward A.; Tilden, Mark W.; Askenazi, Manor. Analog computation with rings of quasiperiodic oscillators: the microdynamics of cognition in living machines. Robotics and Autonomous Systems. 2003-12, 45 (3-4): 249–263. doi:10.1016/j.robot.2003.08.002. 
  7. ^ Scientist makes robots without computer brains. CNN. 1998-04-30 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  8. ^ Researcher Turns to Ants for Answer to Robots’ Locomotion. LA Times. 1996-07-07 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  9. ^ Light Constructions - Researchers' "creatures" use neural networks that simulate animals' nervous systems. spie.org. 1999-07-01 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  10. ^ 10.0 10.1 10.2 10.3 Ruiz-del-Solar, J.; Aviles, R. Robotics Courses for Children as a Motivation Tool: The Chilean Experience. IEEE Transactions on Education. 2004-11, 47 (4): 474–480. doi:10.1109/TE.2004.825063. 
  11. ^ Deconstructing BEAM Robotics. azorobotics. 2022-02-11 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-22）. 
  12. ^ Boya-Lara, Carlos; Saavedra, Doris; Fehrenbach, Aaron; Marquez-Araque, Angel. Development of a course based on BEAM robots to enhance STEM learning in electrical, electronic, and mechanical domains. International Journal of Educational Technology in Higher Education. 2022-12, 19 (1): 7. doi:10.1186/s41239-021-00311-9. 
  13. ^ What Are BEAM Robots?. electronics360. 2017-07-11 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 
  14. ^ What are BEAM Bots?. digikey. 2019-07-15 [2023-03-08]. （原始内容存档于2023-03-08）. 

外部链接

[编辑]
检索自“https://zh.wikipedia.org/zhwiki/w/index.php?title=BEAM机器人&oldid=77624857”