關(guān)于機器人技術(shù)你必須知道的基本知識

機器人的歷史并不算長(cháng)，1959年美國英格伯格和德沃爾制造出世界上第一臺工業(yè)機器人，機器人的歷史才真正開(kāi)始。德沃爾曾于1946年發(fā)明了一種系統，可以“重演”所記錄的機器的運動(dòng)。1954年，德沃爾又獲得可編程機械手專(zhuān)利，1959年，英格伯格和德沃爾聯(lián)手制造出第一臺工業(yè)機器人。

機器人的分類(lèi)

關(guān)于機器人如何分類(lèi)，國際上沒(méi)有制定統一的標準，有的按負載重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按結構分，有的按應用領(lǐng)域分。一般的分類(lèi)方式：

示教再現型機器人：通過(guò)引導或其它方式，先教會(huì )機器人動(dòng)作，輸入工作程序，機器人則自動(dòng)重復進(jìn)行作業(yè)。

數控型機器人：不必使機器人動(dòng)作，通過(guò)數值、語(yǔ)言等對機器人進(jìn)行示教，機器人根據示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。

感覺(jué)控制型機器人：利用傳感器獲取的信息控制機器人的動(dòng)作。

適應控制型機器人：機器人能適應環(huán)境的變化，控制其自身的行動(dòng)。

學(xué)**控制型機器人：機器人能“體會(huì )”工作的經(jīng)驗，具有一定的學(xué)**功能，并將所“學(xué)”的經(jīng)驗用于工作中。

智能機器人：以人工智能決定其行動(dòng)的機器人。

我國的機器人專(zhuān)家從應用環(huán)境出發(fā)，將機器人分為兩大類(lèi)，即工業(yè)機器人和特種機器人。

所謂工業(yè)機器人就是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業(yè)機器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類(lèi)的各種先進(jìn)機器人，

包括：服務(wù)機器人、水下機器人、娛樂(lè )機器人、軍用機器人、農業(yè)機器人、機器人化機器等。在特種機器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨立成體系的趨勢，如服務(wù)機器人、水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。

目前，國際上的機器人學(xué)者，從應用環(huán)境出發(fā)將機器人也分為兩類(lèi)：制造環(huán)境下的工業(yè)機器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機器人，這和我國的分類(lèi)是一致的。

機器人的優(yōu)缺點(diǎn)

機器人使用的優(yōu)點(diǎn)：

機器人和自動(dòng)化技術(shù)在多數情況下可以提高生產(chǎn)率，安全性，效率，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的一性;

機器人可以在危險的環(huán)境下工作，而無(wú)需考慮生命保障或安全的需要;

機器人無(wú)需舒適的環(huán)境，例如考慮照明，空調，通風(fēng)以及噪音隔離等。

機器人能不知疲倦，不知厭煩地持續工作，他們不會(huì )有心理問(wèn)題，做事不拖沓，不需要醫療保險或假期;

機器人除了發(fā)生故障或磨損外，將始終如一地保持精確度;

機器人具有比人高得多的精確度。直線(xiàn)位移精度可達千分之幾英寸(1英寸= 2.54cm)，新型的半導體晶片處理機器人具有微英寸級的精度;

機器人和其附屬設備及傳感器具有某些人類(lèi)所不具備的能力;

機器人可以同時(shí)響應多個(gè)激勵或處理多項任務(wù)，而人類(lèi)只能響應一個(gè)現行激勵。

機器人使用的負面：

機器人替代了工人，由此帶來(lái)經(jīng)濟和社會(huì )問(wèn)題;

機器人缺乏應急能能力，除非該緊急情況能夠預知并已在系統中設置了應對方案，否則不能很好地處理緊急情況。同時(shí)，還需要有安全措施來(lái)確保機器人不會(huì )傷害操作人員以及與他一起工作的機器(設備)。這些情況包括：不恰當或錯誤的反應、缺乏決策的能力、斷電、機器人或其它設備的損傷、人員傷害;

機器人盡管在一定情況下非常出眾，但其能力在以下方面仍具有局限性(與人相比)，表現在：自由度、靈巧度、傳感器能力視覺(jué)系統、實(shí)時(shí)響應。

機器人的組成部件

機器人作為一個(gè)系統，它由如下部件構成：

機械手或移動(dòng)車(chē)，這是機器人的主體部分，由連桿，活動(dòng)關(guān)節以及其它結構部件構成，使機器人達到空間的某一位置。如果沒(méi)有其它部件，僅機械手本身并不是機器人。(相當于人的身體或手臂);

末端執行器，連接在機械手最后一個(gè)關(guān)節上的部件，它一般用來(lái)抓取物體，與其他機構連接并執行需要的任務(wù)。機器人制造上一般不設計或出售末端執行器，多數情況下，他們只提供一個(gè)簡(jiǎn)單的抓持器。(相當于人的手)

末端執行器安裝在機器人上以完成給定環(huán)境中的任務(wù)，如焊接，噴漆，涂膠以及零件裝卸等就是少數幾個(gè)可能需要機器人來(lái)完成的任務(wù)。通常，末端執行器的動(dòng)作由機器人控制器直接控制，或將機器人控制器的信號傳至末端執行器自身的控制裝置(如PLC);

驅動(dòng)器，驅動(dòng)器是機械手的“肌肉”。常見(jiàn)的驅動(dòng)器有伺服電機，步進(jìn)電機，氣缸及液壓缸等，也還有一些用于某些特殊場(chǎng)合的新型驅動(dòng)器，它們將在第6章進(jìn)行討論。驅動(dòng)器受控制器的控制。

傳感器，傳感器用來(lái)收集機器人內部狀態(tài)的信息或用來(lái)與外部環(huán)境進(jìn)行通信。機器人控制器需要知道每個(gè)連桿的位置才能知道機器人的總體構型。人即使在完全黑暗中也會(huì )知道胳膊和腿在哪里，這是因為肌腱內的中樞神經(jīng)系統中的神經(jīng)傳感器將信息反饋給了人的大腦。大腦利用這些信息來(lái)測定肌肉伸縮程度進(jìn)而確定胳膊和腿的狀態(tài)。對于機器人，集成在機器人內的傳感器將每一個(gè)關(guān)節和連桿的信息發(fā)送給控制器，于是控制器就能決定機器人的構型。機器人常配有許多外部傳感器，例如視覺(jué)系統，觸覺(jué)傳感器，語(yǔ)言合成器等，以使機器人能與外界進(jìn)行通信。

控制器，機器人控制器從計算機獲取數據，控制驅動(dòng)器的動(dòng)作，并與傳感器反饋信息一起協(xié)調機器人的運動(dòng)。假如要機器人從箱柜里取出一個(gè)零件，它的第一個(gè)關(guān)節角度必須為35°，如果第一關(guān)節尚未達到這一角度，控制器就會(huì )發(fā)出一個(gè)信號到驅動(dòng)器(輸送電流到電動(dòng)機)，使驅動(dòng)器運動(dòng)，然后通過(guò)關(guān)節上的反饋傳感器(電位器或編碼器等)測量關(guān)節角度的變化，當關(guān)節達到預定角度時(shí)，停止發(fā)送控制信號。對于更復雜的機器人，機器人的運動(dòng)速度和力也由控制器控制。機器人控制器與人的小腦十分相似，雖然小腦的功能沒(méi)有人的大腦功能強大，但它卻控制著(zhù)人的運動(dòng)。

處理器，處理器是機器人的大腦，用來(lái)計算機器人關(guān)節的運動(dòng)，確定每個(gè)關(guān)節應移動(dòng)多少和多遠才能達到預定的速度和位置，并且監督控制器與傳感器協(xié)調動(dòng)作。處理器通常就是一臺計算機(專(zhuān)用)。它也需要擁有操作系統，程序和像監視器那樣的外部設備等。

軟件，用于機器人的軟件大致有三塊。第一塊是操作系統，用來(lái)操作計算機。第二塊是機器人軟件，它根據機器人運動(dòng)方程計算每一個(gè)關(guān)節的動(dòng)作，然后將這些信息傳送到控制器，這種軟件有多種級別，從機器語(yǔ)言到現代機器人使用的高級語(yǔ)言不等。第三塊是例行程序集合和應用程序，它們是為了使用機器人外部設備而開(kāi)發(fā)的(例如視覺(jué)通用程序)，或者是為了執行特定任務(wù)而開(kāi)發(fā)的。

在許多系統中，控制器和處理器放置在同一單元中。雖然這兩部分放在同一裝置盒內甚至集成在同一電路中，但他們有各自的功能。

以下幾項用來(lái)定義機器人的性能指標：

負荷能力，負荷能力是機器人在滿(mǎn)足其它性能要求的情況下，能夠承擔的負荷重量。例如，一臺機器人的最大負荷能力可能遠大于它的額定負荷能力，但是達到最大負荷時(shí)，機器人的工作精度可能會(huì )降低，可能無(wú)法準確地沿著(zhù)預定的軌跡運動(dòng)，或者產(chǎn)生額外的偏差。機器人的負荷量與其自身的重量相比往往非常小。例如，Fanuc RoboTIcs LR Mate機器人自身重86磅，而其負荷量?jì)H為6.6磅;M16機器人自身重594磅，而其負荷量?jì)H為35磅。

運動(dòng)范圍，運動(dòng)范圍是機器人在其工作區域內可以達到的最大距離。器人可按任意的姿態(tài)達到其工作區域內的許多點(diǎn)(這些點(diǎn)稱(chēng)為靈巧點(diǎn))。然而，對于其他一些接近于機器人運動(dòng)范圍的極限線(xiàn)，則不能任意指定其姿態(tài)(這些點(diǎn)稱(chēng)為非靈巧點(diǎn))。說(shuō)明：運動(dòng)范圍是機器人關(guān)節長(cháng)度和其構型的函數。

精度：精度是指機器人到達指定點(diǎn)的精確程度 說(shuō)明：它與驅動(dòng)器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。大多數工業(yè)機器人具有0.001英寸或更高的精度。