機器人技術

孫鑫鑫

摘要：機器人技術是近四十年來迅速發(fā)展起來的綜合性技術，它綜合了機械學、電子學、計算機科學、自動控制工程、人工智能、仿生學等多個學科的最新研究成果，代表了機電一體化的最高成就，是當今世界科學發(fā)展最活躍的領域之一。而且機器人學是關于設計制造和應用機器人的一門正在發(fā)展中的新興學科，是一門多學科的綜合性高新技術，是當代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域，機器人的應用情況也標志著一個國家制造業(yè)及其工業(yè)自動化的水平。

關鍵詞：機器人 組成 分類 應用

一、有關機器人的組成及分類

1. 機器人的組成

一個機器人系統(tǒng)一般由操作機、驅動單元、控制器和為機器人進行連接的外部設備組成。而工業(yè)機器人一般由機器人本體、驅動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。有些機器人還有行進系統(tǒng)、感知系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等。各組成分說明如下：

（1）手部 手部又稱抓取機構、夾持器或終端效應器，用以直接抓取工件或工具。在手部可安裝某些專用工具，如焊槍、噴槍、電鉆、電動螺釘（母）擰緊器，這些可視為專用的特殊手部。

（2）腕部 腕部是連接手部與臂部的部件，用以支承和調整末端執(zhí)行器（手部）的姿態(tài)，確定物件的姿態(tài)（方向）。

（3）臂部 臂部是支撐腕部的部件，由操作機的動力關節(jié)和連接桿件等構成，用以承受工件和工具的負荷，改變它們的空間位置并將它們送至預定的位置。

（4）機身 機身又稱為立柱，是支撐臂部的部件，用以擴大臂部的活動范圍。

（5）機座及行走機構 機座及行走機構是支撐整個工業(yè)機器人的基礎件，用以確定或改變整臺機器人的位置。以上手部、腕部、臂部、機身、機座及行走機構等構成了機器人本體，又稱操作機，是機器人完成作業(yè)的實體，它具有與人手臂相似的動作功能。

（6）驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)是工業(yè)機器人的動力源， 又稱為移動器，由驅動器、減速器及檢測元件等組成，是用來為操作機及各部件提供動力和運動的裝置。

（7）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是控制工業(yè)機器 人按預定要求進行動作的裝置，也是由人操作起動、停機及示教機器人的一種裝置， 其核心是計算機控制系統(tǒng)。

此外，人工智能系統(tǒng)是智能機器人所具有的，它包括了感覺系統(tǒng)和決策、規(guī)劃智能系統(tǒng)。

2. 機器人的分類

工業(yè)機器人的分類方式很多，可以按機械結構、操作機坐標形式和程序輸入方式等進行分類。

（1）按機械結構分類

①串聯(lián)機器人：一個軸的運動會改變另一個軸的坐標原點。比如六關節(jié)機器人。

②并聯(lián)機器人：一個軸運動不影響另一個軸的坐標原點，比如蜘蛛機器人。

（2）按操作機坐標形式分類

①圓柱坐標型機器人的臂部可作升降、回轉和伸縮動作;

②球坐標型機器人的臂部能回轉、俯仰和伸縮;

③多關節(jié)型機器人的臂部有多個轉動關節(jié);

④平面關節(jié)型機器人的軸線相互平行，實現平面內定位和定向;

⑤直角坐標型機器人的臂部可沿三個直角坐標移動。

（3）按程序輸入方式分類

①編程輸入型機器人：編程輸入型是將計算機上已編好的作業(yè)程序文件，通過? 串口或者以太網等通信方式傳送到機器人控制柜。

②示教輸入型機器人：示教輸入型的示教方法有兩種，一種是由操作者用手動控制器（示教操縱盒），將指令信號傳給驅動系統(tǒng)，使執(zhí)行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。另一種是由操作者直接領動執(zhí)行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。

二、工業(yè)機器人應用

各種工業(yè)機器人都可以以單機形式使用，也可以作為生產系統(tǒng)中的一個構成部分使用。隨看社會需求發(fā)展的變化，工業(yè)機器人因其靈活性好，將在柔性自動化制造系統(tǒng)中應用得越來越多。機器人技術應用非常廣泛，不同的機器人的應用領域不同，尤其是工業(yè)機器人，在制造業(yè)中得到廣泛應用[1]。

1.單機形式使用

（1）點焊、弧焊機器人：這類機器人應用在汽車、摩托車、工程機械、鍋爐等的制造領域，如點焊汽車底盤、車體及其他部件，弧焊機器人也可用于裝配。

（2）噴涂機器人：噴涂機器人應用于汽車、建材、家電、機械行業(yè)。例如，汽車整車自動噴漆，汽車的發(fā)動機、保險杠、彈簧、板簧、駕駛室等自動噴漆，汽車燈、車門防水簾、車身底板、塑料件等自動涂膠等。

（3）搬運機器人：搬運機器人應用于機械、汽車制造業(yè)，用以完成產品和物料的自動輸送。

（4）其他機器人：如軍用機器人，爆炸物處理機器人、檢測航路和障礙物機器人、加油機器人、水下機器人、探月車等。

2.機械制造系統(tǒng)中的應用

選擇與布局設計原則剛性自動化適合于大批量生產， 生產的零件種類數目很少，可以為之設計專門的工裝設備，能達到很高的生產率，汽車的生產就是一個例子。柔性自動化適合于中批量生產，生產的零件種類數目居中。可編程自動化適合小批量生產，生產的零件種類數目可以很大。在三種類型的自動化中，工業(yè)機器人屬于可編程自動化之類。工業(yè)機器人是一種具有通用目的的可編程的多功能操作機，其設計目的是使操作機按照可變的程序運動，從而完成多種多樣的任務，例如傳送零件、裝配、焊接、噴漆等。當機器人本身是一個可編程自動化的裝置時，它又可以應用于柔性自動化乃至于剛性自動化系統(tǒng)中。

三、總結與展望

在科學技術飛速發(fā)展的今天，工業(yè)機器人的發(fā)展面臨著新一輪的挑戰(zhàn)，在這個過程中，必須迎合時代的需求和世界的變化需要，應以精益生產、敏捷制造、智能制造、綠色制造為主導方向，進一步加強與網絡的結合，凸顯更人性化、智能化、方便化的特點[2]。在21世紀的世界里，全新的設計必然與計算機分不開，模擬仿真、輔助設計、制造等各方面的需求加上國際間的交流越來越頻繁和深入，增加彼此間的交流是發(fā)展的必然趨勢，閉門造車的時代已經過去了，產品的智能化是未來的一大需求，而在未來，機器人的出現將會取代部分的勞動力，并且會得到進一步的應用。為了讓下一代能夠走的更遠，更前列，我們必須加強學習的廣度和深度，進一步加強跨學科的學習，增強學習能力，開闊學習視野，增加自我學識，才能不斷在新的21世紀里展現學習后的才華和體現新的教育效果，讓中國原本落后與世界的機械領域縮短與世界的距離，早日與世界機械前列國家交軌。

參考文獻：

[1] 南博.論述機電一體化技術在工業(yè)機器人中的應用[J].中小企業(yè)管理與科技（中旬刊），2020（07）：190-191.

[2] 張夢哲.分析我國工業(yè)機器人技術現狀與產業(yè)化發(fā)展規(guī)劃[J].中國高新區(qū)，2019（1）：44，46.

[3] 龔仲華.工業(yè)機器人完全應用手冊.