论机器人与机械的关系

论机器人与机械的关系

【摘要】：随着经济发展和社会进步，施工领域不断扩展，施工规模越来越巨型化，尤其是建设施工向高级化方向发展，高等级公路和铁路的施工要求和施工精度愈来愈高，目前建设工程基本上实现了机械化，但停留在人工操纵和控制上。这将制约建设机械的技术发展，性能和功能的提高，必须逐步是机械向着机械自动化和智能化方向发展。因此，工程机械未来的发展方向是机器人。

【关键词】：机器人机械科技关系

机器人的英文名是“Robot”,最早的意义是像奴隶那样进行劳动的机器。但是有关机器人的定义随着时代发展不断发生着变化，但工业机器人的定义已经被基本确定，根据国家标准，工业机器人被定义为“其操作机是自动控制的，可重复编程、多用途，并可对3个以上轴进行编程。它可以是固定式或移动式。在工业自动化应用使用”，其中操作及被定义为“是一种机器，其机构通常有一系列互相铰接或相对滑动的构建所组成，它通常有几个自由度，用以抓起或移动物体。”所以工业机器人可以认为是一种你拟手臂、手腕和手功能的机械电子装置，它可以把任一物体或工具按空间位置姿态的要求进行移动，从而完成某一工作生产的作业要求。由机器人的定义而知，机器人与机械有必然的内在联系，机械科技的重要性也不容忽略。

机械科技是现代科学技术和工业发展的重要基础。一方面，现代科学技术的发展对机械科技不断地提出课题；另一方面，机械科技本身的发展也必须依赖于其它科技的进步。与计算机和信息技术相联系

的自动化，智能化，与其它学科相联系的综合交叉以及系统化，集成化是机械科技发展的三个明显特征。智能机器人，微型机械，计算机集成制造系统和智能制造系统是这些特征的最新体现。

机械科技是研究机械系统性能、设计、制造的基础理论和技术的科学。它包括机构学、传动机械学、机械振动学、机械机构强度学、摩擦学、设计理论与方法、机械热加工、特种加工、测试理论与技术以及计算机辅助制造系统等。

机构科技在人类文明史上一直有重要的作用，近代史上每一次工业革命都是以机械科技的发展为基础的。现代科技中许多新领域的发展也都以来与机械科技的发展，例如计算机技术中硬盘和硅片的超精加工技术，航空航天技术中精密及自动化机械仪器和装备，深海探测作业水下机器人，低噪声前提中高质量大型螺旋桨、细微工程、特殊坏境工程、卫星通讯等高新技术领域都对机械科技提出了许多课题。

随着新技术革命的发展，机械科技本身也在不断进步，尤其是计算机和电子技术的迅速发展及其在机械中的应用，是机械科技发生了极为广泛与深刻的变化。现在机械科技几乎处处离不开计算机和电子技术。计算机辅助设计、计算机辅助制造CAD/CAM一体化，计算机辅助测试（CAT）与分析（CAA）、计算机数值模拟与图形仿真、计算机在线监控与故障诊断技术等等，在一定的意义可以说，计算机开创了机械科技的新时代。信息传感技术、系统控制理论与技术、企业经营管理技术、生物技术等于机械科技相结合，产生了极其任何计算机集成制造系统为代表的全新的机械系统。

此外，传统产业迫切需要机械科技来改造，以适应今日现代生产的要求。国民经济各行业要求机械科技及其企业提供自动、高效、节能、耐用、安全可靠的各类机械和装备仪器。据统计，机械工业产业值约占工业总产值的四分之一，在国民经济中起着举足轻重的作用。

目前，工业机器人主要应用在汽车制造、机械制造、电子器件、集成电路、塑料加工等较大规模生产企业。下面介绍几种机器人的典型应用。

1、汽车制造领域

汽车制造生产线中的点焊和喷漆工作量极大，且要求有较高的精度和质量，由于采用传送带流水作业，速度快，上下工序要求严格，所以采用焊接机器人和喷漆机器人作业可保证质量和提高效率。喷漆机器人的运动是采用空间轨迹运动控制方式。焊接机器人还分成采用点位控制的点焊机器人和轨迹控制的焊接机器人两种。

2、机械制造领域

机械制造企业的柔性制造系统采用搬运机器人搬运物料、工件和工具，装配机器人完成设备的零件装配，测量机器人进行在线或离线测量。

3、其他领域

机器人在其他领域应用也非常广泛，如，工业机器人可以取代人去处理一些如放射线、火灾、海洋、宇宙等环境的危险作业，如2004年1月4日美国“勇气”号火星探测机器人实现了人类登陆火星的梦想.

随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的

转移，我国的机器人市场会进一步加大，市场扩展的速度也会进一步提高。但是机器人的建设不是想象的那么简单……

一个机器人系统结构由下列互相作用的部分组成：机械手、环境、任务。

机械手是由具有传动执行，它由臂，关节和末端执行装置构成，组合为一个互相连接，互相依赖的运动机构。机械手用于执行指定的作业任务。工业机器人的末端执行器是安装在腕端的附加装置。

机器人的手部可分为夹持式和吸附式两大类。夹持式的是执行手，夹持方式由外夹式和内撑式之分，吸附式的分为空气负压式和电磁式两种。

任务是指机器人要完成的工作。机器人的类型是随着工作任务的特点而决定的。例如：SCARA机器人就非常适合平面的工作的抓取。

环境是指机器人所处的周围环境，环境不仅有几何条件所决定，而且由环境和它所包含的每一个事物的全部自然特性所决定。

建设机器人往往不是简单动作的自动化和程序控制，采用一般的PID控制很难满足要求。工程机械是复杂的机械液压系统，具有很大的惯性质量，本身饱含着许多非线性因素，再加上作业对象和环境等不断变化因素，控制系统动态特性变化大且不太稳定，需要综合应用各种控制技术；状态反馈、前馈和非线性补偿等。为了是建设机器人能具有接近熟练驾驶员的能力和作业效果，需要控制和知觉控制。例如，推土机的最佳车速的牵引力随土壤而变。在新场地开始作业时，

推土机可以通过自我学习和分析，球的改图让下的最佳车速和牵引力，然后按次进行操作和控制。

最近有人提出模仿生物的信息处理机构，把它的信息的信息处理机构用于工程机械的控制上，生物信息处理机构包括四大系统：脑神经系统用神经网络来模拟；遗传系统通过遗传算法来描述；生物还有免疫系统和内分泌系统。人们正在研究如何建立其数学模型，并将它应用与工程机械控制中去。

现代工程施工要求工程机械具有以下性能：生产效力且能量损失小，节约能源；自动化程度高，施工质量好，精度高；性能稳定，工作可靠，安全，使用寿命长；具有较好的经济性，即高的技术价格比和低的制造与使用成本；操作简单、轻便，劳动强度低，驾驶员的工作条件好；具有运行状态监视、故障自诊及自动报警功能，能及时准确的指出故障部位，减少停机维修作业效力。为满足上述的性能要求，工程机械仅仅依靠机械和液压技术的进步已显得力不从心。电子技术控制技术的发展及在工程机械上的应用，为工程机械技术的发展注入了新鲜的血液。这就是机电一体化的应用，然而这一应用应用于机器人。

机械设计制造及其自动化专业是研究各种工业机械装备及机电产品从设计、制造、运行控制到生产过程的企业管理的综合技术学科。机械设计制造及其自动化专业研究的主要内容包括机械与机器的组成原理、运动分析方法、力学分析方法及电气控制原理，各种机电产品的设计技术、制造技术与控制技术、计算机辅助设计技术、现代机