机器人技术

孙鑫鑫

摘要：机器人技术是近四十年来迅速发展起来的综合性技术，它综合了机械学、电子学、计算机科学、自动控制工程、人工智能、仿生学等多个学科的最新研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当今世界科学发展最活跃的领域之一。而且机器人学是关于设计制造和应用机器人的一门正在发展中的新兴学科，是一门多学科的综合性高新技术，是当代研究十分活跃、应用日益广泛的领域，机器人的应用情况也标志着一个国家制造业及其工业自动化的水平。

关键词：机器人 组成 分类 应用

一、有关机器人的组成及分类

1. 机器人的组成

一个机器人系统一般由操作机、驱动单元、控制器和为机器人进行连接的外部设备组成。而工业机器人一般由机器人本体、驱动系统和控制系统组成。有些机器人还有行进系统、感知系统和人工智能系统等。各组成分说明如下：

（1）手部 手部又称抓取机构、夹持器或终端效应器，用以直接抓取工件或工具。在手部可安装某些专用工具，如焊枪、喷枪、电钻、电动螺钉（母）拧紧器，这些可视为专用的特殊手部。

（2）腕部 腕部是连接手部与臂部的部件，用以支承和调整末端执行器（手部）的姿态，确定物件的姿态（方向）。

（3）臂部 臂部是支撑腕部的部件，由操作机的动力关节和连接杆件等构成，用以承受工件和工具的负荷，改变它们的空间位置并将它们送至预定的位置。

（4）机身 机身又称为立柱，是支撑臂部的部件，用以扩大臂部的活动范围。

（5）机座及行走机构 机座及行走机构是支撑整个工业机器人的基础件，用以确定或改变整台机器人的位置。以上手部、腕部、臂部、机身、机座及行走机构等构成了机器人本体，又称操作机，是机器人完成作业的实体，它具有与人手臂相似的动作功能。

（6）驱动系统 驱动系统是工业机器人的动力源， 又称为移动器，由驱动器、减速器及检测元件等组成，是用来为操作机及各部件提供动力和运动的装置。

（7）控制系统 控制系统是控制工业机器 人按预定要求进行动作的装置，也是由人操作起动、停机及示教机器人的一种装置， 其核心是计算机控制系统。

此外，人工智能系统是智能机器人所具有的，它包括了感觉系统和决策、规划智能系统。

2. 机器人的分类

工业机器人的分类方式很多，可以按机械结构、操作机坐标形式和程序输入方式等进行分类。

（1）按机械结构分类

①串联机器人：一个轴的运动会改变另一个轴的坐标原点。比如六关节机器人。

②并联机器人：一个轴运动不影响另一个轴的坐标原点，比如蜘蛛机器人。

（2）按操作机坐标形式分类

①圆柱坐标型机器人的臂部可作升降、回转和伸缩动作;

②球坐标型机器人的臂部能回转、俯仰和伸缩;

③多关节型机器人的臂部有多个转动关节;

④平面关节型机器人的轴线相互平行，实现平面内定位和定向;

⑤直角坐标型机器人的臂部可沿三个直角坐标移动。

（3）按程序输入方式分类

①编程输入型机器人：编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过  串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。

②示教输入型机器人：示教输入型的示教方法有两种，一种是由操作者用手动控制器（示教操纵盒），将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。另一种是由操作者直接领动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。

二、工业机器人应用

各种工业机器人都可以以单机形式使用，也可以作为生产系统中的一个构成部分使用。随看社会需求发展的变化，工业机器人因其灵活性好，将在柔性自动化制造系统中应用得越来越多。机器人技术应用非常广泛，不同的机器人的应用领域不同，尤其是工业机器人，在制造业中得到广泛应用[1]。

1.单机形式使用

（1）点焊、弧焊机器人：这类机器人应用在汽车、摩托车、工程机械、锅炉等的制造领域，如点焊汽车底盘、车体及其他部件，弧焊机器人也可用于装配。

（2）喷涂机器人：喷涂机器人应用于汽车、建材、家电、机械行业。例如，汽车整车自动喷漆，汽车的发动机、保险杠、弹簧、板簧、驾驶室等自动喷漆，汽车灯、车门防水帘、车身底板、塑料件等自动涂胶等。

（3）搬运机器人：搬运机器人应用于机械、汽车制造业，用以完成产品和物料的自动输送。

（4）其他机器人：如军用机器人，爆炸物处理机器人、检测航路和障碍物机器人、加油机器人、水下机器人、探月车等。

2.机械制造系统中的应用

选择与布局设计原则刚性自动化适合于大批量生产， 生产的零件种类数目很少，可以为之设计专门的工装设备，能达到很高的生产率，汽车的生产就是一个例子。柔性自动化适合于中批量生产，生产的零件种类数目居中。可编程自动化适合小批量生产，生产的零件种类数目可以很大。在三种类型的自动化中，工业机器人属于可编程自动化之类。工业机器人是一種具有通用目的的可编程的多功能操作机，其设计目的是使操作机按照可变的程序运动，从而完成多种多样的任务，例如传送零件、装配、焊接、喷漆等。当机器人本身是一个可编程自动化的装置时，它又可以应用于柔性自动化乃至于刚性自动化系统中。

三、总结与展望

在科学技术飞速发展的今天，工业机器人的发展面临着新一轮的挑战，在这个过程中，必须迎合时代的需求和世界的变化需要，应以精益生产、敏捷制造、智能制造、绿色制造为主导方向，进一步加强与网络的结合，凸显更人性化、智能化、方便化的特点[2]。在21世纪的世界里，全新的设计必然与计算机分不开，模拟仿真、辅助设计、制造等各方面的需求加上国际间的交流越来越频繁和深入，增加彼此间的交流是发展的必然趋势，闭门造车的时代已经过去了，产品的智能化是未来的一大需求，而在未来，机器人的出现将会取代部分的劳动力，并且会得到进一步的应用。为了让下一代能够走的更远，更前列，我们必须加强学习的广度和深度，进一步加强跨学科的学习，增强学习能力，开阔学习视野，增加自我学识，才能不断在新的21世纪里展现学习后的才华和体现新的教育效果，让中国原本落后与世界的机械领域缩短与世界的距离，早日与世界机械前列国家交轨。

参考文献：

[1] 南博.论述机电一体化技术在工业机器人中的应用[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2020（07）：190-191.

[2] 张梦哲.分析我国工业机器人技术现状与产业化发展规划[J].中国高新区，2019（1）：44，46.

[3] 龚仲华.工业机器人完全应用手册.