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，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始。德沃爾曾于1946年發(fā)明了一種系統(tǒng)，可以“重演”所記錄的機器的運動。1954年，德沃爾又獲得可編程機械手專利，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

關(guān)于機器人如何分類，國際上沒有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的按負(fù)載重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按結(jié)構(gòu)分，有的按應(yīng)用領(lǐng)域分。一般的分類方式：

示教再現(xiàn)型機器人：通過引導(dǎo)或其它方式，先教會機器人動作，輸入工作程序，機器人則自動重復(fù)進行作業(yè)。

數(shù)控型機器人：不必使機器人動作，通過數(shù)值、語言等對機器人進行示教，機器人根據(jù)示教后的信息進行作業(yè)。

感覺控制型機器人：利用傳感器獲取的信息控制機器人的動作。

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

學(xué)**控制型機器人：機器人能“體會”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的機器人。

我國的機器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機器人分為兩大類，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(jié)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)于人類的各種先進機器人，

包括：服務(wù)機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農(nóng)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(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機器人也分為兩類：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，這和我國的分類是一致的。

機器人的優(yōu)缺點

機器人使用的優(yōu)點：

機器人和自動化技術(shù)在多數(shù)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，而無需考慮生命保障或安全的需要;

機器人無需舒適的環(huán)境，例如考慮照明，空調(diào)，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(xù)工作，他們不會有心理問題，做事不拖沓，不需要醫(yī)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。直線位移精度可達(dá)千分之幾英寸(1英寸= 2.54cm)，新型的半導(dǎo)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(shè)備及傳感器具有某些人類所不具備的能力;

機器人可以同時響應(yīng)多個激勵或處理多項任務(wù)，而人類只能響應(yīng)一個現(xiàn)行激勵。

機器人使用的負(fù)面：

機器人替代了工人，由此帶來經(jīng)濟和社會問題;

機器人缺乏應(yīng)急能能力，除非該緊急情況能夠預(yù)知并已在系統(tǒng)中設(shè)置了應(yīng)對方案，否則不能很好地處理緊急情況。同時，還需要有安全措施來確保機器人不會傷害操作人員以及與他一起工作的機器(設(shè)備)。這些情況包括：不恰當(dāng)或錯誤的反應(yīng)、缺乏決策的能力、斷電、機器人或其它設(shè)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(xiàn)在：自由度、靈巧度、傳感器能力視覺系統(tǒng)、實時響應(yīng)。

機器人的組成部件

機器人作為一個系統(tǒng)，它由如下部件構(gòu)成：

機械手或移動車，這是機器人的主體部分，由連桿，活動關(guān)節(jié)以及其它結(jié)構(gòu)部件構(gòu)成，使機器人達(dá)到空間的某一位置。如果沒有其它部件，僅機械手本身并不是機器人。(相當(dāng)于人的身體或手臂);

末端執(zhí)行器，連接在機械手最后一個關(guān)節(jié)上的部件，它一般用來抓取物體，與其他機構(gòu)連接并執(zhí)行需要的任務(wù)。機器人制造上一般不設(shè)計或出售末端執(zhí)行器，多數(shù)情況下，他們只提供一個簡單的抓持器。(相當(dāng)于人的手)

末端執(zhí)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(shù)幾個可能需要機器人來完成的任務(wù)。通常，末端執(zhí)行器的動作由機器人控制器直接控制，或?qū)C器人控制器的信號傳至末端執(zhí)行器自身的控制裝置(如PLC);

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

傳感器，傳感器用來收集機器人內(nèi)部狀態(tài)的信息或用來與外部環(huán)境進行通信。機器人控制器需要知道每個連桿的位置才能知道機器人的總體構(gòu)型。人即使在完全黑暗中也會知道胳膊和腿在哪里，這是因為肌腱內(nèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)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測定肌肉伸縮程度進而確定胳膊和腿的狀態(tài)。對于機器人，集成在機器人內(nèi)的傳感器將每一個關(guān)節(jié)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(gòu)型。機器人常配有許多外部傳感器，例如視覺系統(tǒng)，觸覺傳感器，語言合成器等，以使機器人能與外界進行通信。

控制器，機器人控制器從計算機獲取數(shù)據(jù)，控制驅(qū)動器的動作，并與傳感器反饋信息一起協(xié)調(diào)機器人的運動。假如要機器人從箱柜里取出一個零件，它的第一個關(guān)節(jié)角度必須為35°，如果第一關(guān)節(jié)尚未達(dá)到這一角度，控制器就會發(fā)出一個信號到驅(qū)動器(輸送電流到電動機)，使驅(qū)動器運動，然后通過關(guān)節(jié)上的反饋傳感器(電位器或編碼器等)測量關(guān)節(jié)角度的變化，當(dāng)關(guān)節(jié)達(dá)到預(yù)定角度時，停止發(fā)送控制信號。對于更復(fù)雜的機器人，機器人的運動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，雖然小腦的功能沒有人的大腦功能強大，但它卻控制著人的運動。

處理器，處理器是機器人的大腦，用來計算機器人關(guān)節(jié)的運動，確定每個關(guān)節(jié)應(yīng)移動多少和多遠(yuǎn)才能達(dá)到預(yù)定的速度和位置，并且監(jiān)督控制器與傳感器協(xié)調(diào)動作。處理器通常就是一臺計算機(專用)。它也需要擁有操作系統(tǒng)，程序和像監(jiān)視器那樣的外部設(shè)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(tǒng)，用來操作計算機。第二塊是機器人軟件，它根據(jù)機器人運動方程計算每一個關(guān)節(jié)的動作，然后將這些信息傳送到控制器，這種軟件有多種級別，從機器語言到現(xiàn)代機器人使用的高級語言不等。第三塊是例行程序集合和應(yīng)用程序，它們是為了使用機器人外部設(shè)備而開發(fā)的(例如視覺通用程序)，或者是為了執(zhí)行特定任務(wù)而開發(fā)的。

在許多系統(tǒng)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(nèi)甚至集成在同一電路中，但他們有各自的功能。

以下幾項用來定義機器人的性能指標(biāo)：

負(fù)荷能力，負(fù)荷能力是機器人在滿足其它性能要求的情況下，能夠承擔(dān)的負(fù)荷重量。例如，一臺機器人的最大負(fù)荷能力可能遠(yuǎn)大于它的額定負(fù)荷能力，但是達(dá)到最大負(fù)荷時，機器人的工作精度可能會降低，可能無法準(zhǔn)確地沿著預(yù)定的軌跡運動，或者產(chǎn)生額外的偏差。機器人的負(fù)荷量與其自身的重量相比往往非常小。例如，F(xiàn)anuc RoboTIcs LR Mate機器人自身重86磅，而其負(fù)荷量僅為6.6磅;M16機器人自身重594磅，而其負(fù)荷量僅為35磅。

運動范圍，運動范圍是機器人在其工作區(qū)域內(nèi)可以達(dá)到的最大距離。器人可按任意的姿態(tài)達(dá)到其工作區(qū)域內(nèi)的許多點(這些點稱為靈巧點)。然而，對于其他一些接近于機器人運動范圍的極限線，則不能任意指定其姿態(tài)(這些點稱為非靈巧點)。說明：運動范圍是機器人關(guān)節(jié)長度和其構(gòu)型的函數(shù)。

精度：精度是指機器人到達(dá)指定點的精確程度 說明：它與驅(qū)動器的分辨率以及反饋裝置有關(guān)。大多數(shù)工業(yè)機器人具有0.001英寸或更高的精度。