關(guān)于機(jī)器人技術(shù)你必須知道的基本知識

　　機(jī)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(jī)器人，機(jī)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(jī)器的運(yùn)動。1954年，德沃爾又獲得可編程機(jī)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(jī)器人。

　　機(jī)器人的分類

　　關(guān)于機(jī)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(jī)器人：通過引導(dǎo)或其它方式，先教會機(jī)器人動作，輸入工作程序，機(jī)器人則自動重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。

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

　　感覺控制型機(jī)器人：利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動作。

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

　　智能機(jī)器人：以人工智能決定其行動的機(jī)器人。

　　我國的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。

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

　　包括：服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人化機(jī)器等。在特種機(jī)器人中，有些分支發(fā)展很快，有獨(dú)立成體系的趨勢，如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。

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

　　機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)

　　機(jī)器人使用的優(yōu)點(diǎn)：

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

　　機(jī)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(jī)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(xiǎn)或假期；

　　機(jī)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(jī)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(jī)器人具有微英寸級的精度；

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

　　機(jī)器人使用的負(fù)面：

　　機(jī)器人替代了工人，由此帶來經(jīng)濟(jì)和社會問題；

　　機(jī)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(shí)，還需要有安全措施來確保機(jī)器人不會傷害操作人員以及與他一起工作的機(jī)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(jī)器人或其它設(shè)備的損傷、人員傷害；

　　機(jī)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(shí)時(shí)響應(yīng)。

　　機(jī)器人的組成部件

　　機(jī)器人作為一個系統(tǒng)，它由如下部件構(gòu)成：

　　機(jī)械手或移動車，這是機(jī)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(jī)器人達(dá)到空間的某一位置。如果沒有其它部件，僅機(jī)械手本身并不是機(jī)器人。（相當(dāng)于人的身體或手臂）；

　　末端執(zhí)行器，連接在機(jī)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(jī)構(gòu)連接并執(zhí)行需要的任務(wù)。機(jī)器人制造上一般不設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)器人來完成的任務(wù)。通常，末端執(zhí)行器的動作由機(jī)器人控制器直接控制，或?qū)C(jī)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(jī)械手的“肌肉”。常見的驅(qū)動器有伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，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(jìn)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(jī)器人內(nèi)部狀態(tài)的信息或用來與外部環(huán)境進(jìn)行通信。機(jī)器人控制器需要知道每個連桿的位置才能知道機(jī)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?yàn)榧‰靸?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(jìn)而確定胳膊和腿的狀態(tài)。對于機(jī)器人，集成在機(jī)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(jī)器人的構(gòu)型。機(jī)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(jī)器人能與外界進(jìn)行通信。

　　控制器，機(jī)器人控制器從計(jì)算機(jī)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(jī)器人的運(yùn)動。假如要機(jī)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(jī)），使驅(qū)動器運(yùn)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(shí)，停止發(fā)送控制信號。對于更復(fù)雜的機(jī)器人，機(jī)器人的運(yùn)動速度和力也由控制器控制。機(jī)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(qiáng)大，但它卻控制著人的運(yùn)動。

　　處理器，處理器是機(jī)器人的大腦，用來計(jì)算機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)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(jì)算機(jī)（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(jī)器人的軟件大致有三塊。第一塊是操作系統(tǒng)，用來操作計(jì)算機(jī)。第二塊是機(jī)器人軟件，它根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動方程計(jì)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(jī)器語言到現(xiàn)代機(jī)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(jī)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(xiàng)用來定義機(jī)器人的性能指標(biāo)：

　　負(fù)荷能力，負(fù)荷能力是機(jī)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(jī)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(shí)，機(jī)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(yùn)動，或者產(chǎn)生額外的偏差。機(jī)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(jī)器人自身重86磅，而其負(fù)荷量僅為6.6磅；M16機(jī)器人自身重594磅，而其負(fù)荷量僅為35磅。

　　運(yùn)動范圍，運(yùn)動范圍是機(jī)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(diǎn)（這些點(diǎn)稱為靈巧點(diǎn)）。然而，對于其他一些接近于機(jī)器人運(yùn)動范圍的極限線，則不能任意指定其姿態(tài)（這些點(diǎn)稱為非靈巧點(diǎn)）。說明：運(yùn)動范圍是機(jī)器人關(guān)節(jié)長度和其構(gòu)型的函數(shù)。

　　精度：精度是指機(jī)器人到達(dá)指定點(diǎn)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(jī)器人具有0.001英寸或更高的精度。