机器人与自动化技术

机器人与自动化技术

“机器人、无处不在的屏幕、语音交互，这些都将改变我们看待‘电脑’的方式。一旦看、听、阅读能力得到提升，你就可以以新的方式进行交互。”----比尔•盖茨在某电视节目中，预测未来科技领域的下一件大事时表示：机器人与自动化技术将成为未来发展的一大趋势，可以改变世界！

工业机器人的应用，正从汽车工业向一般工业延伸，除了金属加工、食品饮料、塑料橡胶、3C、医药等行业，机器人在风能、太阳能、交通运输、建筑材料、物流甚至废品处理等行业都可以大有作为。

当然，即将“改变世界”的机器人不仅仅具有代替人工的价值，在很多人类无法实现的领域也将出现机器人的身影。譬如，派送采矿机器人到月球和小行星上采挖稀土矿，将有望成为现实。

而更令比尔•盖茨寄予厚望的是机器人将像“电脑”一样改变人类的生活。

日本早稻田大学研究人员推出一种新型仿人型家务机器人。它集安全性、可靠性和灵巧性于一身，还具有仿人脸的外观。在工作时，它将一名男子抱下床，与他聊天并为他准备早餐。由于拥有和成年女性大小相当的灵巧双臂、双手，这种机器人能够用夹子将面包从面包机中取出，而丝毫不弄碎它。

英国阿伯丁大学启动了一项新的研究计划，在3年内研发出允许机器人与人类进行交谈，甚至讨论具体决定的系统……。

作为先进制造业中不可替代的重要装备，工业机器人已经成为衡量一个国家制造水平和科技水平的重要标志。

在机器人市场中，目前80%的市场份额仍由跨国公司占有，其中瑞典ABB、日本发那科FANUC、日本安川yaskawa和德国库卡KUKA四大企业则是市场第一梯队的“四大金刚”。其它有瑞士史陶比尔Staubli、德国克鲁斯CLOOS、德国百格拉、德国徕斯、德国斯图加特航空航天自动化集团（STUAA）、意太利瀚博士hanbs、意大利柯马COMAU、英国Auto Tech Robotics等。

目前国内生产机器人的企业主要有：中科院沈阳新松机器人自动化股份有限公司、芜湖埃夫特智能装备有限公司、上海新时达机器人有限公司、安川首钢机器人有限公司、哈工大海

尔机器人有限公司、南京埃斯顿机器人工程有限公司、广州数控设备有限公司、上海沃迪自动化装备股份有限公司等。

2015年，中国机器人市场需求预计将达35000台，占全球比重16.9％，成为全球规模最大的市场。

一、机器人的系统构成

由3大部分6个子系统组成。

3大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。

6个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人-机交互系统、控制系统。

1.1、驱动系统

要使机器人运行起来，就需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置，这就是驱动系统。

驱动系统可以是液压传动、气动传动、电动传动，或者把它们结合起来应用的综合系统；可以直接驱动或者通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。

1.2、机械结构系统

由机身、手臂、末端操作器3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。

若机身具有行走机构便构成行走机器人；若机身不具备行走及腰转机构，则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是二手指或多手指的手爪。

1.3、感受系统

由内部传感器模块和外部传感器模块组成，以获取内部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧。然后，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、机器人-环境交互系统

是实现工业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、装配单元等。

1.5、人-机交互系统

人-机交互系统是使操作人员参与机器人控制，与机器人进行联系的装置，例如计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板、危险信息报警器等。

1.6、控制系统

控制系统的任务，是根据机器人的作业指令程序、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的运动和功能。

假如机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，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轨迹控制。

二、机器人控制系统及结构

机器人控制系统是机器人的大脑，它根据指令以及传感信息控制机器人来完成一定的动作或作业任务。

控制系统的好坏直接决定了机器人性能的优劣。

2.1、工业机器人控制系统的组成

2.1.1、控制计算机：控制系统的调度指挥中心机构。

2.1.2、示教盒：

示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。

2.1.3、操作面板：

由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作。

2.1.4、硬盘和软盘存储存：

储机器人工作程序的外围存储器。

2.1.5、数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。

2.1.6、打印机接口：记录需要输出的各种信息。

2.1.7、传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。

2.1.8、轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。

2.1.9、辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。

2.1.10、通信接口：实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。

2.1.11、网络接口

1）Ethernet接口：可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC通信，数据传输速率高达10Mbit/s，可直接在PC上用windows库函数进行应用程序编程之后，支持TCP/IP 通信协议，通过Ethernet接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。