正文 第65章 智能機器——機器人的發明(1 / 1)

機器人是一種自動化的機器。比較特別的是,這種機器具備一些與人或生物相似的智能能力,如感知能力、規劃能力、動作能力和協同能力,是一種具有高度靈活性的自動化機器。它由電子計算機控製,能代替人做某些工作。機器人技術綜合了多學科的科研成果,它在各個應用領域的不斷擴大,引起人們重新認識機器人技術對人類生活的作用和影響。

機器人一般由執行機構、驅動裝置、檢測裝置和控製係統等組成。

執行機構即機器人本體,其臂部一般采用空間開鏈連杆機構,其中的運動副(轉動副或移動副)常稱為關節,關節個數通常即為機器人的自由度數。根據關節配置型式和運動坐標形式的不同,機器人執行機構可分為直角坐標式、圓柱坐標式、極坐標式和關節坐標式等類型。出於擬人化的考慮,常將機器人本體的有關部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部(夾持器或末端執行器)和行走部(對於移動機器人)等。

工業機器人

驅動裝置是驅使執行機構運動的機構,按照控製係統發出的指令信號,借助於動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號,輸出的是線、角位移量。機器人使用的驅動裝置主要是電力驅動裝置,如步進電機、伺服電機等,此外也有采用液壓、氣動等驅動裝置。

檢測裝置的作用是實時檢測機器人的運動及工作情況,根據需要反饋給控製係統,與設定信息進行比較後,對執行機構進行調整,以保證機器人的動作符合預定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類:一類是內部信息傳感器,用於檢測機器人各部分的內部狀況,如各關節的位置、速度、加速度等,並將所測得的信息作為反饋信號送至控製器,形成閉環控製。另一類是外部信息傳感器,用於獲取有關機器人的作業對象及外界環境等方麵的信息,以使機器人的動作能適應外界情況的變化,使之達到更高層次的自動化,甚至使機器人具有某種“感覺”,向智能化發展,例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環境的有關信息,利用這些信息構成一個大的反饋回路,從而將大大提高機器人的工作精度。

日本HONDA機器人原型

控製係統有兩種方式。一種是集中式控製,即機器人的全部控製由一台微型計算機完成。另一種是分散(級)式控製,即采用多台微機來分擔機器人的控製,如當采用上、下兩級微機共同完成機器人的控製時,主機常用於負責係統的管理、通訊、運動學和動力學計算,並向下級微機發送指令信息;作為下級從機,各關節分別對應一個CPU(中央處理器,微機的心髒),進行插補運算和伺服控製處理,實現給定的運動,並向主機反饋信息。根據作業任務要求的不同,機器人的控製方式又可分為點位控製、連續軌跡控製和力(力矩)控製。

機器人的曆史並不算長。1959年,美國人英格伯格和德沃爾聯手製造出世界上第一台工業機器人,機器人的曆史才真正開始。這種機器人能夠按照程序進行工作,可以根據不同的工作需要編製不同的程序,具有通用性和靈活性。因此,它成為世界上第一台真正的工業使用機器人。

機器人從應用環境出發分為兩大類,即工業機器人和特種機器人。所謂工業機器人就是麵向工業領域的多關節機械手或多自由度機器人。而特種機器人則是除工業機器人之外的、用於非製造業並服務於人類的各種先進機器人,包括:服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農業機器人、機器人化機器等。在特種機器人中,有些分支發展很快,有自成體係的趨勢,如服務機器人,水下機器人、軍用機器人、微操作機器人等。

隨著人們對機器人技術智能化本質認識的加深,機器人技術開始不斷地向人類活動的各個領域滲透。結合這些領域的應用特點,人們研發了各式各樣的具有感知、決策、行動和交互能力的特種機器人和各種智能機器人。對不同任務和特殊環境的適應性,也是機器人與一般自動化裝備的重要區別。這些機器人從外觀上已遠遠脫離了最初仿人型機器人和工業機器人所具有的形狀,更加符合各種不同應用領域的特殊要求,其功能和智能程度也大大增強了,從而為機器人技術開辟出更加廣闊的發展空間。