我们人类有手，能做各种各样的动作；有腿有脚，能走路；有眼睛，能看到东西；有嘴巴，能说话；有耳朵，能听到声音；有皮肤，能感觉到凉热软硬，知道碰到了什么东西；有大脑，能思维。我们研制机器人是为了代替人的工作，因此也要有这样的功能。那么，机器人又是通过什么样的组成和结构来实现这些功能的呢？
为了自身的移动，机器人必须有自己的腿或脚；为了控制手臂和腿的活动，机器人还必须要有大脑，才能够进行逻辑推理和数字计算。这样，机器人才知道什么时候能动或怎样动。
为了能够获取或移动物体，机器人还必须有自己的视觉和触觉。这就需要机器人有类似人类眼睛和皮肤的图像接收器和各种传感器，一种类似于神经系统的信号传递系统。
为了能够正确发出和接收语音信息，智能程度较高的机器人还应有自己的嘴巴和耳朵。机器人的嘴巴和耳朵是由语音输出、接收、识别和处理系统组成的。
机器人的大脑
在电子计算机发明出来以前，机器人只不过是机械手，根本谈不上是机器人。计算机的发明使机械手终于“进化”成为了机器人。机器人的大脑就是一台灵巧的计算机。这样，机器人就不再是被动地工作了，而是成为了能够主动采集数据、独立作出分析判断和推理、具有自我学习能力的“高级助手”了。
机器人的大脑可以说是机器人的控制中心。它能够记忆知识、进行运算、逻辑判断、进行简单的联想预测，也能够对其动作的轨迹进行快速计算，从而确定手臂和关节坐标的数据，控制手臂和腿脚的自由移动。另外，它还能够适时控制各种传感器，进行信号接收和处理，且具有自我诊断、自我修复的能力。
具有这样功能的机器人，它的大脑应是一台特殊的电脑，即拥有实时操作系统、能够进行人机交流的高级语言、运算速度极高的电脑。
为了使机器人具有更加强大的功能，我们必须研究人类的大脑。因为，人之所以成为“万物之灵”，就是因为有一个比任何动物都发达的大脑。发展智能机器人，就是要造出能够模仿人类大脑工作的真正的“脑”。
机器人之所以会被称为“人”，就是因为它有自己的“大脑”。它的“大脑”具有人工智能，具有自动收集信息、判断、推理、执行的能力。不过，机器人的“大脑”是电脑，电脑还远远比不上人的大脑。因为电脑的可靠性差、效率低，而人脑不仅非常完善，而且体积小，能耗少，效率高。
人脑有149亿个神经细胞，体积才0.0015立方米，所需的能量只有10瓦特左右。人的眼睛、耳朵比电脑输入输出设备要小得多，效率要高得多。要发展机器人，就必须详细研究人的大脑的神经活动。
随着生物学、脑神经科学和微电子科学技术的迅速发展，科学家们的设想将能够逐步实现。这种大脑能够模仿人的某些感觉和思维功能，进行逻辑推理，作出判断。只要按一定的规则输入信息，它就能够根据脑中储存的信息，进行比较分析，并输出结果，从而代替人脑的部分劳动，那么就更进一步地解放了生产力。
机器人的眼睛
人类获取外界信息的80%来自于眼睛，机器人更是如此。机器人的眼睛，也就是视觉器官，它要获得环境中有关各种信息，如形状、位置、大小、颜色、物体的形态等，就必须要有眼睛。
而且，机器人的眼睛不但要能获得上述各种信息，还要把它们准确地传递到大脑中去。也就是说，还要有视神经。因此，机器人的眼睛应该是由视觉器官即视觉传感器，以及相应的视觉传输控制系统组成。
机器人的视觉器官是一种视觉传感器，可以用光学系统，或者用超声波传感系统。如果采用光学系统，就要有一台摄像头和三维图像数据处理系统，由它们来采集环境中物体的各项数据，并将这些数据传到机器人的大脑即电脑中去。如果采用超声波系统，就要有超声波的发射和接收系统。
机器人的耳朵
机器人的语言接收部分当然就是它的耳朵了。机器人当然不能是聋子，它必须要有自己的语言输入系统。机器人耳朵的工作原理与它的语言输出系统相仿，它把这一过程逆过来就行了。机器人的耳朵实际上就是它的听筒以及相应的语音识别系统。
机器人接收到语音后，把它分解转换为相应的参量，如数字方式的信息，与预先储存在机器人电脑中的参量进行比较，就能“明白”语言内容，以便通过相应的控制系统，采取与语言指令相应的行动。
较为先进的语音接收系统，则是将听筒收到的语音信息，转换为二进制数字信息，然后存储起来。接着，将这一语音数字信息进行加工，计算出它们的特别参量或正规矢量，最后，求出正规矢量，将它与机器人电脑中存储的语音标准值进行比较，就能明白所接收的语音中的信息。
机器人的语言
机器人与人之间的信息交流，如向人报告情况、接收指令等，主要是靠语言。机器人的语言发出部分就是它的嘴巴，它的嘴巴由扬声器和语音合成与处理系统组成，其语言发出方式有三种：
一种是较为简单的语音系统。就是在磁介质或语音芯片中预先存储常用的单词和短语，在需要时，由控制系统根据所要表达的内容合成相应的语言段，再通过扬声器传播出去。这种语言发出方式比较简单直观，叫做语音编辑方式。
另一种语言发出方式，叫做参量合成方式。它将人的语音事先进行深入地处理，分成相应的参量，作为基本数据，存储在机器人的语音库中。当需要表达时，由合成系统根据相应的语义，利用语音参量进行合成，最后以语音波的方式，将语言信息传播出去。
还有一种语言发出方式，叫做法则合成方式。它直接将语音信息变换成一个个音素，固化在芯片中。需要时，再合成为相应的语言输出。这种方式是最为复杂的语言输出方式。
机器人的手臂
机器人的手臂要特别灵活，它不像挖掘机的铲斗，只能靠机械力移动而铲土。机器人的手臂也有类似于人的臂、腕、手指关节等组成部分。人的手部有20个关节，臂部有7个关节，在大脑的控制下，可以在三维空间自由移动。
机器人的手臂也与人的类似，它在三维空间内按一定角度和距离移动。因此，它也有三个自由度，即上下、前后、左右，它要计算出某个点的三维坐标才能进行相应地移动。人有五个手指，而对机器人来说，一般有三个手指就足够用了。
根据机器人的不同用途，每个手指的自由度可大可小。人手臂的移动，要靠手臂上肌肉的曲张力，而机器人关节和手臂移动的力则可以有多种方式：
第一，液压方式。它类似于喷雾器，用液体的压力使手臂移动；第二，气动方式。它好像公共汽车的开关门，用压缩的气体来推动手臂移动；第三，电动方式。就是通过电动机和机械传动部件，驱动机器人的手臂，使之相应地移动。另外，机器人的手臂还可以采用交流驱动方式，它能做到小型化、灵巧化，增强可靠性。
机器人的手臂能够按照指令达到空间某一位置，但是，要完成一项工作，它还必须要有手，包括手腕和手指。人的手可以拿起一枚针，翻开一页书，还可以拿起各种工具，举起各种重物，几乎无所不能。而机器人的手大多是为了完成某种特定任务而设计安装的，并仿效人手拿工具的状态。比如，机器人的手上装了焊枪，保留手腕灵活转动的功能，这样就可以焊接了。
当然，如果要机器人拿起一枚针，像人那样去缝制衣服就困难了。对于拿起一张纸或一块玻璃这样的事，它的手就变成了吸盘，它是通过真空吸附的方法把纸或玻璃拿起来的。这种吸附力有时非常大，可以吸起一块汽车的挡风玻璃，也可以吸起大的彩色显像管。
除了上面一些与工具连在一起的机械手外，机器人还有很多指型手爪，因为机器人在工作时，常常需要拿起各种零件。在分析了人的手指功能后工程师们发现，人手拿起东西主要靠拇指和食指合作，拿圆形物体时，中指也有着不可忽视的作用。因此，工程师们就重点开发了二指和三指的手爪，根据零件的形状和大小设计了不同的手爪。
可是，这又带来了一个问题。假若在一项任务中，要这个机器人拿不同的零件，而且只能用不同的手爪，那怎么办呢？工程师们又设计了手爪自动更换装置，就是当机器人在做一个零件后，它会自动地到一个手爪库，把原来的手爪换下来并自动装上新的手爪。
除了这些通用的手爪外，科学家们还在研究多指手，就是像我们人手一样，有多个手指、多个关节。当然这种手在结构及控制上都复杂多了。同时，科学家们还在研究一种仿人手腕的手，即在手上装有力和力矩的传感器，判断工件接触状态，实现自动调整。比如，当一个圆轴插入一个孔时，由于轴和孔都很精密，插入过程会发生卡住现象，这种仿生手能够通过感觉，进行自动调整，实现高精度地装配。
机器人的腿脚
机器人腿脚，也就是机器人下肢，它的主要功能是支撑和移动身体。科学家已经研制出了各种腿脚类型的机器人，其中，轮式行走机器人容易受到地形的限制，如上楼梯就很困难。而多足机器人的腿太多，在行进中的控制协调成为一个难点，并且由于结构太复杂，因此只能在一些特殊场合下应用。
从多足机器人形式，又引出了手脚并用的爬壁机器人和建筑机器人。它们利用手脚上吸盘，吸住玻璃幕墙，一步一步向上爬，或利用它们手脚上的抓手，抓住脚手架登高。
通过实践发现，人的双腿行走是一种最高级、最灵活的行走方式。于是，科学家利用仿生学研制了一些双足直立行走的机器人，而且部分机器人已经达到了正常人的步行速度。其中，大多机器人是靠关节的运动和步伐的调整来解决平衡问题的。机器人在学术界以后的发展方向，就是要研制出操作更简单、更具智能化的双足直立行走机器人。科学家还注意到蛇的爬行是靠自身的收缩、变形来前进的，据此研制了一种蛇形机器人。它主要用来检测和清理管道，如在煤气管道中自由地通过和检测，再进行处理。
机器人的皮肤
机器人的皮肤，并不仅仅指的是外部构造，更主要是指它的身体感觉部分，也就是相当于人的触觉部分。机器人的皮肤触觉具体包括触觉、压觉、滑觉、硬度觉以及冷热觉等。
机器人的触觉系统由触觉传感器及其控制部分组成，触觉能够检测机器人的手是否碰到或抓到了物体，前面是否遇到了障碍物，并能了解物体的大致形状。压觉可以检测到机械手与物体之间的压力大小，从而确定物体抓牢程度的大小和调整抓握物体的方式。滑觉可以检测机械手与物体的滑动程度，测出物体切向力的大小，从而决定如何使物体不脱手。机器人的硬度觉和冷热觉可以帮助机器人判断物体的性质，从而决定是否握取物体。
机器人的神经
20世纪40年代末，美国应用数学家、控制论的创始人维纳创立的控制论和美国数学家、信息论创始人香农提出的采样定理，可以说为机器人神经网络的控制奠定了理论基础。控制在机器人动作中是一个核心问题，与能源、信息、执行机构都直接发生着关系。
机器人的神经网络是如何控制的呢？当人把指令输入电脑时，电脑会产生控制信号，信号放大器接受命令并将其放大，再传给驱动装置。并且，为了使它执行得快速和平稳，人们在其躯体上的适当位置安装了各种感觉装置，也称之为传感器。
计算机这个机器人的“大脑”，就是通过整个神经网络来解决这些问题的，从而完成人对机器人的一系列动作要求。
机器人的动力
机器人的运动，从物理的角度讲，是一种机械能的表现。但是，外界输给机器人的能量是如何转变为机械能的呢？机器人的动力源又是什么呢？
机器人的前身，即那些自动偶人和自动钟等，大多借助于发条，也就是机械能之间的传递转换。后来的机器人动力源已经变得多种多样了，有气动的、液压的、电动的等。其中，气动的和液压的动力源都是通过一个阀门来控制。
由于电动动力的发展，气动和液压动力有被取代之势，但是，由于它们的防爆性能比电动的好，故在喷漆等应用领域仍占据优势。电动动力源应用比较广泛，它的种类也比较多。
在电动动力源中，用得最多的是伺服电机。这种伺服电机可以使控制达到较高的精度，因为它实现了一种闭路控制。这种动力源的优点主要是本身的重量轻而输出力矩大，动作准确、反应快，安全可靠、寿命长，同时价格也比较便宜。
除了上述的动力源外，科学家正在研究更类似人肌肉的动力源。当给这种装置加上电压时，金属膜片产生的静电吸引力使各个金属膜片之间相互强烈地吸引，使之整体收缩，就像人的肌肉收缩一样。当去掉电压时，由于静电吸引力消失，薄膜片又恢复了原状，像人的肌肉松弛一样。
还有一些科学家正在研制一种聚合物“肌肉”，这种聚合物肢体在通电时就像人肌肉一样收缩，而在断电时便松弛了。当然，这种聚合物的“肌肉”要达到实用水平，恐怕还要一段时间的努力。
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