機(jī)器人基礎(chǔ)緒論(編輯修改稿)
2025-02-05 18:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 通過外部傳感器 (如視覺傳感器、觸覺傳感器等 )，對外部環(huán)境信息進(jìn)行感知、提取、處理并做出適當(dāng)?shù)臎Q策，在結(jié)構(gòu)或半結(jié)構(gòu)化環(huán)境中自主完成某項(xiàng)任務(wù)。目前，智能機(jī)器人尚處于研究和發(fā)展階段。 ? 智能機(jī)器人的發(fā)展方向大致有兩種，一種是類人型智能機(jī)器人，這是人類夢想的機(jī)器人；另一種外形并不像人，但具有機(jī)器智能。 ? 本書將主要按照這一分類方法逐次介紹，且著重介紹工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)，其他機(jī)器人技術(shù)則僅予以簡介。 按機(jī)器人的發(fā)展程度分類 ? 按照從低級到高級的發(fā)展程度機(jī)器人可分為： ? 一、第一代機(jī)器人 ? 第一代機(jī)器人主要指只能以 示教 再現(xiàn) 方式工作的工業(yè)機(jī)器人，稱為示教 再現(xiàn)型。示教內(nèi)容為機(jī)器人操作結(jié)構(gòu)的空間軌跡、作業(yè)條件、作業(yè)順序等。 ? 所謂示教，即由人教機(jī)器人運(yùn)動的軌跡、停留點(diǎn)位、停留時間等。然后，機(jī)器人依照教給的行為、順序和速度重復(fù)運(yùn)動，即所謂的再現(xiàn)。示教可由操作員手把手地進(jìn)行。例如，操作人員抓住機(jī)器人上的噴槍把噴涂時要走的位置走一遍，機(jī)器人記住了這一連串運(yùn)動，工作時自動重復(fù)這些運(yùn)動，從而完成給定位置的噴涂工作。這種方式是手把手示教，但是比較普遍的示教方式是通過控制面板完成的。操作人員利用控制面板上的開關(guān)或鍵盤控制機(jī)器人一步一步地運(yùn)動，機(jī)器人自動記錄下每一步，然后重復(fù)。目前在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的機(jī)器人大多采用這一方式。 ? 二、第二代機(jī)器人 ? 第二代機(jī)器人帶有一些可感知環(huán)境的裝置，通過反饋控制，使機(jī)器人能在一定程度上適應(yīng)變化的環(huán)境。這樣的技術(shù)現(xiàn)在正越來越多地應(yīng)用在機(jī)器人上，例如焊縫跟蹤技術(shù)。 ? 在機(jī)器人焊接的過程中，一般通過示教方式給出機(jī)器人的運(yùn)動曲線，機(jī)器人攜帶焊槍走這個曲線進(jìn)行焊接。這就要求工件的一致性好，也就是說工件被焊接的位置必須十分準(zhǔn)確，否則，機(jī)器人行走的曲線和工件上的實(shí)際焊縫位置將產(chǎn)生偏差。焊縫跟蹤技術(shù)是在機(jī)器人上加一個傳感器，通過傳感器感知焊縫的位置，再通過反饋控制，機(jī)器人自動跟蹤焊縫，從而對示教的位置進(jìn)行修正。即使實(shí)際焊縫相對于原始設(shè)定的位置有變化，機(jī)器人仍然可以很好地完成焊接工作。 ? 三、第三代機(jī)器人 ? 第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，它具有多種感知功能，可進(jìn)行復(fù)雜的邏輯推理、判斷及決策，可在作業(yè)環(huán)境中獨(dú)立行動；它具有發(fā)現(xiàn)問題且能自主地解決問題的能力。 ? 這類機(jī)器人帶有多種傳感器，使機(jī)器人可以知道其自身的狀態(tài)，例如在什么位置，自身的系統(tǒng)是否有故障等；且可通過裝在機(jī)器人身上或者工作環(huán)境中的傳感器感知外部的狀態(tài)，例如發(fā)現(xiàn)道路與危險地段，測出與協(xié)作機(jī)器的相對位置與距離以及相互作用的力等。機(jī)器人能夠根據(jù)得到的這些信息進(jìn)行邏輯推理、判斷、決策，在變化的內(nèi)部狀態(tài)與外部環(huán)境中，自主決定自身的行為。這類機(jī)器人具有高度的適應(yīng)性和自治能力，這是人們努力使機(jī)器人達(dá)到的目標(biāo)。經(jīng)過科學(xué)家多年來不懈的研究，已經(jīng)出現(xiàn)了很多各具特點(diǎn)的試驗(yàn)裝置和大量的新方法、新思想。但是，在已應(yīng)用的機(jī)器人中，機(jī)器人的自適應(yīng)技術(shù)仍十分有限， 該技術(shù)是機(jī)器人今后發(fā)展的方向。 按機(jī)器人的性能指標(biāo)分類 ? 機(jī)器人按照負(fù)載能力和作業(yè)空間等性能指標(biāo)可分為 5種。 ? 一、超大型機(jī)器人 ? 超大型機(jī)器人的負(fù)載能力為 107 N以上。 ? 二、大型機(jī)器人 ? 大型機(jī)器人的負(fù)載能力為 106～ 107 N，作業(yè)空間為 10 m2以上。 ? 三、中型機(jī)器人 ? 中型機(jī)器人的負(fù)載能力為 105～ 106 N，作業(yè)空間為 1～ 10 m2。 ? 四、小型機(jī)器人 ? 小型機(jī)器人的負(fù)載能力為 1～ 104 N，作業(yè)空間為 ～ 1 m2。 ? 五、超小型機(jī)器人 ? 超小型機(jī)器人的負(fù)載能力為 1 N以下，作業(yè)空間為 m2以下。 ? 按機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式分類 ? 按結(jié)構(gòu)形式機(jī)器人可分為關(guān)節(jié)型機(jī)器人和非關(guān)節(jié)型機(jī)器人兩大類，其 中關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)械本體部分一般為由若干關(guān)節(jié)與連桿串聯(lián)組成的開式鏈機(jī)構(gòu)。 按坐標(biāo)形式分類 ? 通常關(guān)節(jié)機(jī)器人依據(jù)坐標(biāo)形式的不同可分為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、球坐標(biāo)型以及關(guān)節(jié)坐標(biāo)型。 ? 一、直角坐標(biāo)型機(jī)器人 ? 這一類機(jī)器人其手部空間位置的改變通過沿三個互相垂直的軸線的移動來實(shí)現(xiàn)，即沿著 X軸的縱向移動，沿著 Y軸的橫向移動及沿著 Z軸的升降 (圖)。該形式機(jī)器人的位置精度高，控制無耦合、簡單，避障性好，但結(jié)構(gòu)較龐大，動作范圍小，靈活性差，難與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)；移動軸的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且占地面積較大。 二、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人 ? 這種機(jī)器人通過兩個移動和 — 個轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)手部空間位置的改變， VERSATRAN機(jī)器人是該型機(jī)器人的典型代表 (圖 )。VERSATRAN機(jī)器人手臂的運(yùn)動系由垂直立柱平面內(nèi)的伸縮和沿立柱的升降兩個直線運(yùn)動及手臂繞立柱的轉(zhuǎn)動復(fù)合而成。圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人的位置精度僅次于直角坐標(biāo)型，控制簡單，避障性好，但結(jié)構(gòu)也較龐大，難與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，兩個移動軸的設(shè)計(jì)較復(fù)雜。 三、球坐標(biāo)型機(jī)器人 ? 這類機(jī)器人手臂的運(yùn)動由一個直線運(yùn)動和兩個轉(zhuǎn)動所組成，如圖 ，即沿手臂方向 X的伸縮，繞 Y軸的俯仰和繞 Z軸的回轉(zhuǎn)。UNIMATE機(jī)器人是其典型代表。這類機(jī)器人占地面積較小，結(jié)構(gòu)緊湊，位置精度尚可，能與其他機(jī)器人協(xié)調(diào)工作，重量較輕，但避障性差，有平衡問題，位置誤差與臂長有關(guān)。
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