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        機(jī)器人技術(shù)

        2022-02-25 08:48:49孫鑫鑫
        科技信息·學(xué)術(shù)版 2022年8期
        關(guān)鍵詞:組成分類機(jī)器人

        孫鑫鑫

        摘要:機(jī)器人技術(shù)是近四十年來迅速發(fā)展起來的綜合性技術(shù),它綜合了機(jī)械學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、自動(dòng)控制工程、人工智能、仿生學(xué)等多個(gè)學(xué)科的最新研究成果,代表了機(jī)電一體化的最高成就,是當(dāng)今世界科學(xué)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。而且機(jī)器人學(xué)是關(guān)于設(shè)計(jì)制造和應(yīng)用機(jī)器人的一門正在發(fā)展中的新興學(xué)科,是一門多學(xué)科的綜合性高新技術(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)用情況也標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家制造業(yè)及其工業(yè)自動(dòng)化的水平。

        關(guān)鍵詞:機(jī)器人 組成 分類 應(yīng)用

        一、有關(guān)機(jī)器人的組成及分類

        1. 機(jī)器人的組成

        一個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元、控制器和為機(jī)器人進(jìn)行連接的外部設(shè)備組成。而工業(yè)機(jī)器人一般由機(jī)器人本體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。有些機(jī)器人還有行進(jìn)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(jī)構(gòu)、夾持器或終端效應(yīng)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(dòng)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(diào)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(jī)的動(dòng)力關(guān)節(jié)和連接桿件等構(gòu)成,用以承受工件和工具的負(fù)荷,改變它們的空間位置并將它們送至預(yù)定的位置。

        (4)機(jī)身 機(jī)身又稱為立柱,是支撐臂部的部件,用以擴(kuò)大臂部的活動(dòng)范圍。

        (5)機(jī)座及行走機(jī)構(gòu) 機(jī)座及行走機(jī)構(gòu)是支撐整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)件,用以確定或改變整臺(tái)機(jī)器人的位置。以上手部、腕部、臂部、機(jī)身、機(jī)座及行走機(jī)構(gòu)等構(gòu)成了機(jī)器人本體,又稱操作機(jī),是機(jī)器人完成作業(yè)的實(shí)體,它具有與人手臂相似的動(dòng)作功能。

        (6)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的動(dòng)力源, 又稱為移動(dòng)器,由驅(qū)動(dòng)器、減速器及檢測(cè)元件等組成,是用來為操作機(jī)及各部件提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置。

        (7)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是控制工業(yè)機(jī)器 人按預(yù)定要求進(jìn)行動(dòng)作的裝置,也是由人操作起動(dòng)、停機(jī)及示教機(jī)器人的一種裝置, 其核心是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

        此外,人工智能系統(tǒng)是智能機(jī)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(jī)器人的分類

        工業(yè)機(jī)器人的分類方式很多,可以按機(jī)械結(jié)構(gòu)、操作機(jī)坐標(biāo)形式和程序輸入方式等進(jìn)行分類。

        (1)按機(jī)械結(jié)構(gòu)分類

        ①串聯(lián)機(jī)器人:一個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)會(huì)改變另一個(gè)軸的坐標(biāo)原點(diǎn)。比如六關(guān)節(jié)機(jī)器人。

        ②并聯(lián)機(jī)器人:一個(gè)軸運(yùn)動(dòng)不影響另一個(gè)軸的坐標(biāo)原點(diǎn),比如蜘蛛機(jī)器人。

        (2)按操作機(jī)坐標(biāo)形式分類

        ①圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作;

        ②球坐標(biāo)型機(jī)器人的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮;

        ③多關(guān)節(jié)型機(jī)器人的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié);

        ④平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人的軸線相互平行,實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)定位和定向;

        ⑤直角坐標(biāo)型機(jī)器人的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng)。

        (3)按程序輸入方式分類

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

        ②示教輸入型機(jī)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(dòng)控制器(示教操縱盒),將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。另一種是由操作者直接領(lǐng)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。

        二、工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用

        各種工業(yè)機(jī)器人都可以以單機(jī)形式使用,也可以作為生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)構(gòu)成部分使用。隨看社會(huì)需求發(fā)展的變化,工業(yè)機(jī)器人因其靈活性好,將在柔性自動(dòng)化制造系統(tǒng)中應(yīng)用得越來越多。機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用非常廣泛,不同的機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域不同,尤其是工業(yè)機(jī)器人,在制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用[1]。

        1.單機(jī)形式使用

        (1)點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人:這類機(jī)器人應(yīng)用在汽車、摩托車、工程機(jī)械、鍋爐等的制造領(lǐng)域,如點(diǎn)焊汽車底盤、車體及其他部件,弧焊機(jī)器人也可用于裝配。

        (2)噴涂機(jī)器人:噴涂機(jī)器人應(yīng)用于汽車、建材、家電、機(jī)械行業(yè)。例如,汽車整車自動(dòng)噴漆,汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、保險(xiǎn)杠、彈簧、板簧、駕駛室等自動(dòng)噴漆,汽車燈、車門防水簾、車身底板、塑料件等自動(dòng)涂膠等。

        (3)搬運(yùn)機(jī)器人:搬運(yùn)機(jī)器人應(yīng)用于機(jī)械、汽車制造業(yè),用以完成產(chǎn)品和物料的自動(dòng)輸送。

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

        2.機(jī)械制造系統(tǒng)中的應(yīng)用

        選擇與布局設(shè)計(jì)原則剛性自動(dòng)化適合于大批量生產(chǎn), 生產(chǎn)的零件種類數(shù)目很少,可以為之設(shè)計(jì)專門的工裝設(shè)備,能達(dá)到很高的生產(chǎn)率,汽車的生產(chǎn)就是一個(gè)例子。柔性自動(dòng)化適合于中批量生產(chǎn),生產(chǎn)的零件種類數(shù)目居中??删幊套詣?dòng)化適合小批量生產(chǎn),生產(chǎn)的零件種類數(shù)目可以很大。在三種類型的自動(dòng)化中,工業(yè)機(jī)器人屬于可編程自動(dòng)化之類。工業(yè)機(jī)器人是一種具有通用目的的可編程的多功能操作機(jī),其設(shè)計(jì)目的是使操作機(jī)按照可變的程序運(yùn)動(dòng),從而完成多種多樣的任務(wù),例如傳送零件、裝配、焊接、噴漆等。當(dāng)機(jī)器人本身是一個(gè)可編程自動(dòng)化的裝置時(shí),它又可以應(yīng)用于柔性自動(dòng)化乃至于剛性自動(dòng)化系統(tǒng)中。

        三、總結(jié)與展望

        在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天,工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展面臨著新一輪的挑戰(zhàn),在這個(gè)過程中,必須迎合時(shí)代的需求和世界的變化需要,應(yīng)以精益生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造、綠色制造為主導(dǎo)方向,進(jìn)一步加強(qiáng)與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合,凸顯更人性化、智能化、方便化的特點(diǎn)[2]。在21世紀(jì)的世界里,全新的設(shè)計(jì)必然與計(jì)算機(jī)分不開,模擬仿真、輔助設(shè)計(jì)、制造等各方面的需求加上國(guó)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(shì),閉門造車的時(shí)代已經(jīng)過去了,產(chǎn)品的智能化是未來的一大需求,而在未來,機(jī)器人的出現(xiàn)將會(huì)取代部分的勞動(dòng)力,并且會(huì)得到進(jìn)一步的應(yīng)用。為了讓下一代能夠走的更遠(yuǎn),更前列,我們必須加強(qiáng)學(xué)習(xí)的廣度和深度,進(jìn)一步加強(qiáng)跨學(xué)科的學(xué)習(xí),增強(qiáng)學(xué)習(xí)能力,開闊學(xué)習(xí)視野,增加自我學(xué)識(shí),才能不斷在新的21世紀(jì)里展現(xiàn)學(xué)習(xí)后的才華和體現(xiàn)新的教育效果,讓中國(guó)原本落后與世界的機(jī)械領(lǐng)域縮短與世界的距離,早日與世界機(jī)械前列國(guó)家交軌。

        參考文獻(xiàn):

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

        [2] 張夢(mèng)哲.分析我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)劃[J].中國(guó)高新區(qū),2019(1):44,46.

        [3] 龔仲華.工業(yè)機(jī)器人完全應(yīng)用手冊(cè).

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