機(jī)器人技術(shù)綜合了計(jì)算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多種學(xué)科,是一種高新技術(shù),是當(dāng)代研究十分活躍、應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機(jī)器人的應(yīng)用情況是一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化水平高低的重要標(biāo)志。

工業(yè)機(jī)器人包括三大部分六個(gè)子系統(tǒng),其中三大部分是指機(jī)械部分、傳感部分和控制部分,六個(gè)子系統(tǒng)是指驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人―環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。一、工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與功能1.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)機(jī)器人的控制與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)密切相關(guān),在各種坐標(biāo)下都可對機(jī)器人手足狀態(tài)進(jìn)行描述,應(yīng)根據(jù)需要對參考坐標(biāo)系進(jìn)行選擇,并做適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換。(2)即使一個(gè)較簡單的機(jī)器人也需要3~5個(gè)自由度,比較復(fù)雜的機(jī)器人則需要十幾個(gè)甚至幾十個(gè)自由度,每一個(gè)自由度一般都包含一個(gè)協(xié)調(diào)的伺服機(jī)構(gòu),組成一個(gè)多變量控制系統(tǒng)。(3)由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)多個(gè)獨(dú)立的伺服系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制其按照人的意志行動(dòng),甚至賦予機(jī)器人一定智能的任務(wù)。(4)描述機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)的是一個(gè)非線性數(shù)學(xué)模型,隨著狀態(tài)的改變和外力的變化,其參數(shù)也隨之變化,并且各變量之間還存在耦合,故只使用位置閉環(huán)是不夠的,還必須采用速度甚至加速度閉環(huán)。(5)機(jī)器人的動(dòng)作往往可以通過不同的方式和路徑來完成,故存在一個(gè)“最優(yōu)”的問題。對于較高級的機(jī)器人可采用人工智能的方法,利用計(jì)算機(jī)建立放大的信息庫,借助信息庫進(jìn)行控制決策、管理和操作。2.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能(1)示教再現(xiàn)功能。其控制系統(tǒng)可以通過示教盒或手把手進(jìn)行示教,將動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)速度、位置等信息用一定的方法預(yù)先教給機(jī)器人,由機(jī)器人的記憶裝置將所教的操作過程自動(dòng)地紀(jì)錄在存儲器中,當(dāng)需要再現(xiàn)操作時(shí),重放存儲器中的內(nèi)容即可。(2)運(yùn)動(dòng)控制功能?？蓪C(jī)器人末端操作器的位姿、速度、加速度等項(xiàng)目經(jīng)行控制。二、控制系統(tǒng)的組成與控制方式1.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成及其作用(1)控制計(jì)算機(jī)。它是控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu),一般使用微型計(jì)算機(jī)或微處理器。(2)示教盒。其作用是完成示教機(jī)器人工作軌跡、參數(shù)設(shè)定和所有的人機(jī)交互操作,它擁有獨(dú)立的CPU以及存儲單元,以串行通信方式與主計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息交互。(3)傳感器接口。它是用于信息的自動(dòng)檢測,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔順控制,一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。(4)軸控制器。其作用是完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制。(5)輔助設(shè)備控制。它用來控制和機(jī)器人配合的輔助設(shè)備。2.工業(yè)機(jī)器人的控制方式工業(yè)機(jī)器人有多種控制方式,按作業(yè)任務(wù)的不同,主要可分為四種。(1)點(diǎn)位控制方式。這種方式只對工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點(diǎn)上位姿進(jìn)行控制。在控制時(shí),只要求工業(yè)機(jī)器人能夠快速、準(zhǔn)確地在相鄰各點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng),對達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡則不作任何規(guī)定。(2)連續(xù)軌跡控制方式。這種方式是對工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中的位姿進(jìn)行連續(xù)控制,要求嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng),而且速度可控、軌跡光滑,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),以完成作業(yè)任務(wù)。(3)力(力矩)控制方式。在進(jìn)行裝配、抓放物體等工作時(shí),除了要求準(zhǔn)確定位之外,還要求所使用的力或力矩必須合適,這時(shí)須要使用力(力矩)伺服方式。(4)智能控制方式 。其智能控制是通過傳感器獲得周圍環(huán)境的知識,并根據(jù)自身內(nèi)部的知識庫作出相應(yīng)的決策。采用智能控制技術(shù),使機(jī)器人具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性及自學(xué)習(xí)能力。三、機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)機(jī)器人最早應(yīng)用于汽車制造工業(yè)行業(yè),隨著工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用范圍的延伸和擴(kuò)大,現(xiàn)在已可代替人從事危險(xiǎn)、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作和代替人完成繁重、單調(diào)的重復(fù)勞動(dòng)。換言之,主要應(yīng)用于三個(gè)方面:惡劣工作環(huán)境及危險(xiǎn)工作;特殊作業(yè)場合和極限作業(yè);自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域。具體有:(1)焊接機(jī)器人。這種機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車制造廠承重大梁和車身結(jié)構(gòu)的焊接。(2)材料搬運(yùn)機(jī)器人。用于上下料、碼垛、卸貨以及抓取零件定向等作業(yè)。(3)檢測。包括:確認(rèn)零件尺寸是否在允許的公差內(nèi);控制零件按質(zhì)量分類。(4)裝配機(jī)器人。裝配是一個(gè)比較復(fù)雜的作業(yè)過程,裝配機(jī)器人上有許多傳感器,如接觸傳感器、視覺傳感器、接近傳感器和聽覺傳感器等。(5)噴漆和噴涂。在進(jìn)行三維表面噴漆和噴涂作業(yè)時(shí),至少要有五個(gè)自由度。在大件上作業(yè)時(shí),往往把機(jī)器人裝在一個(gè)導(dǎo)軌上,以便行走。