機器人技術綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多種學科,是一種高新技術,是當代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域。機器人的應用情況是一個國家工業(yè)自動化水平高低的重要標志。

工業(yè)機器人包括三大部分六個子系統(tǒng),其中三大部分是指機械部分、傳感部分和控制部分,六個子系統(tǒng)是指驅(qū)動系統(tǒng)、機械結(jié)構系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機器人―環(huán)境交互系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。一、工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點與功能1.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點(1)機器人的控制與機構運動學和動力學密切相關,在各種坐標下都可對機器人手足狀態(tài)進行描述,應根據(jù)需要對參考坐標系進行選擇,并做適當?shù)淖鴺俗儞Q。(2)即使一個較簡單的機器人也需要3~5個自由度,比較復雜的機器人則需要十幾個甚至幾十個自由度,每一個自由度一般都包含一個協(xié)調(diào)的伺服機構,組成一個多變量控制系統(tǒng)。(3)由計算機來實現(xiàn)多個獨立的伺服系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制其按照人的意志行動,甚至賦予機器人一定智能的任務。(4)描述機器人狀態(tài)和運動的是一個非線性數(shù)學模型,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)機器人的動作往往可以通過不同的方式和路徑來完成,故存在一個“最優(yōu)”的問題。對于較高級的機器人可采用人工智能的方法,利用計算機建立放大的信息庫,借助信息庫進行控制決策、管理和操作。2.工業(yè)機器人控制系統(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行示教,將動作順序、運動速度、位置等信息用一定的方法預先教給機器人,由機器人的記憶裝置將所教的操作過程自動地紀錄在存儲器中,當需要再現(xiàn)操作時,重放存儲器中的內(nèi)容即可。(2)運動控制功能?？蓪C器人末端操作器的位姿、速度、加速度等項目經(jīng)行控制。二、控制系統(tǒng)的組成與控制方式1.工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的組成及其作用(1)控制計算機。它是控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機構,一般使用微型計算機或微處理器。(2)示教盒。其作用是完成示教機器人工作軌跡、參數(shù)設定和所有的人機交互操作,它擁有獨立的CPU以及存儲單元,以串行通信方式與主計算機實現(xiàn)信息交互。(3)傳感器接口。它是用于信息的自動檢測,實現(xiàn)機器人柔順控制,一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。(4)軸控制器。其作用是完成機器人各關節(jié)位置、速度和加速度控制。(5)輔助設備控制。它用來控制和機器人配合的輔助設備。2.工業(yè)機器人的控制方式工業(yè)機器人有多種控制方式,按作業(yè)任務的不同,主要可分為四種。(1)點位控制方式。這種方式只對工業(yè)機器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點上位姿進行控制。在控制時,只要求工業(yè)機器人能夠快速、準確地在相鄰各點之間運動,對達到目標點的運動軌跡則不作任何規(guī)定。(2)連續(xù)軌跡控制方式。這種方式是對工業(yè)機器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中的位姿進行連續(xù)控制,要求嚴格按照預定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運動,而且速度可控、軌跡光滑,運動平穩(wěn),以完成作業(yè)任務。(3)力(力矩)控制方式。在進行裝配、抓放物體等工作時,除了要求準確定位之外,還要求所使用的力或力矩必須合適,這時須要使用力(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的決策。采用智能控制技術,使機器人具有較強的環(huán)境適應性及自學習能力。三、機器人的應用領域工業(yè)機器人最早應用于汽車制造工業(yè)行業(yè),隨著工業(yè)機器人應用范圍的延伸和擴大,現(xiàn)在已可代替人從事危險、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)的重復勞動。換言之,主要應用于三個方面:惡劣工作環(huán)境及危險工作;特殊作業(yè)場合和極限作業(yè);自動化生產(chǎn)領域。具體有:(1)焊接機器人。這種機器人廣泛應用于汽車制造廠承重大梁和車身結(jié)構的焊接。(2)材料搬運機器人。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)裝配機器人。裝配是一個比較復雜的作業(yè)過程,裝配機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。在進行三維表面噴漆和噴涂作業(yè)時,至少要有五個自由度。在大件上作業(yè)時,往往把機器人裝在一個導軌上,以便行走。