机器人技术

  20世纪50年代，为代替人工从事单调、重复的体力劳动或危险的工作，提高产品质量，工业机器人应运而生。从那以后，机器人作为生产自动化的典型代表，在制造业领域获得了巨大成功。

　　那么什么是机器人呢？从人们一般的理解来看，机器人是具有一些类似人的功能的机械电子装置，或者叫自动化装置，它仍然是个机器。它有三个特点，一个是有类似人的功能，比如说作业功能，感知功能，行走功能；它能完成各种动作；它还有一个显著特点是根据人的编程能自动的工作，就是通过编程，可以改变它的工作、动作、工作的对象和工作的一些要求。
　　1、机器人的组成
　　一个机器人由机械部分、传感部分和控制部分组成。这三大部分可分为机械结构系统、驱动系统、感受系统、控制系统、机器人—环境交互系统、人—机交互系统六个子系统组成。
　　1.1、机械结构系统
　　机器人的机械结构系统由机身、手臂、末端操作器三大件组成。每一大件都有若干自由度，构成一个多自由度的机械系统。机器人按机械结构划分可分为直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、极坐标型机器人、关节型机器人、SCARA型机器人以及移动型机器人。
　　1.2、驱动系统
　　驱动系统是向机械结构系统提供动力的装置。采用的动力源不同，驱动系统的传动方式也不同。驱动系统的传动方式主要有四种：液压式、气压式、电气式和机械式。电力驱动是目前使用最多的一种驱动方式，其特点是电源取用方便，响应快，驱动力大，信号检测、传递、处理方便，并可以采用多种灵活的控制方式，驱动电机一般采用步进电机或伺服电机，目前也有采用直接驱动电机，但是造价较高，控制也较为复杂，和电机相配的减速器一般采用谐波减速器、摆线针轮减速器或者行星齿轮减速器。
　　1.3、感受系统
　　它由内部传感器模块和外部传感器模块组成，获取内部和外部环境中有用的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其巧妙的，然而对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效。
　　1.4、控制系统
　　控制系统的任务是根据机器人的作业指令以及从传感器反馈回来的信号，支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。如果机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。根据控制原理可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运动的形式可分为点位控制和连续轨迹控制。
　　1.5、机器人—环境交互系统
　　机器人—环境交互系统是实现机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等。当然也可以是多台机器人集成为一个去执行复杂任务的功能单元。
　　1.6、人—机交互系统
　　人—机交互系统是人与机器人进行联系和参与机器人控制的装置。例如：计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板、危险信号报警器等。
　　2、机器人技术的应用与展望
　　随着信息技术的快速发展，传统制造业将向敏捷制造业转变。机器人将成为可重组的敏捷制造生产装备的重要组成部分，为传统制造企业向敏捷制造企业发展提供重要的技术支持。
　　在工业机器人飞速发展的同时，在非制造业领域对机器人技术应用的研究和开发也非常活跃，这被称为特种机器人技术。在研究和开发特种机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术是感知、决策、行动和交互四大技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术正源源不断地向人类活动的各个领域渗透。结合这些领域的应用特点，人们发展了各种特种机器人和智能机器，如仿人机器人、仿生机器人、微机器人、医疗机器人、水下机器人、移动机器人、军用机器人、空间机器人、农林机器人等。它们从外观上看已经远远脱离了最初工业机器人的形状，其智能和功能也大大超出了工业机器人的范围，更加符合应用领域的特殊要求。传统的机器人是对人体的延伸，一般需要人来操作；而特种机器人和智能机器则是通过感知，由计算机推理进行响应和动作，是对人类智能的延伸。据专家预测，21世纪将是非制造业自动化技术快速发展的时期。机器人以及其他智能机器将在空间和海洋探索、农业及食品加工、采掘、建筑、医疗、服务、交通运输、军事等领域快速发展并实现产业化。