機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)分析

馬志凱 李珊珊

摘 要：隨著科技的不斷創(chuàng)新與改革，機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域之中并推動(dòng)著相關(guān)行業(yè)的建設(shè)發(fā)展，如工業(yè)生產(chǎn)、軍事培訓(xùn)、航海探索等。不僅如此，機(jī)器人在醫(yī)院、家庭以及服務(wù)行業(yè)都開(kāi)始應(yīng)用，且在各大高等院校中作為課堂實(shí)踐而被充分使用。從某種定義上來(lái)講，機(jī)器人的種類(lèi)分為多種類(lèi)型，文章主要針對(duì)常用的機(jī)器人技術(shù)參數(shù)等信息進(jìn)行簡(jiǎn)要分析與總結(jié)，并就其實(shí)際應(yīng)用提出了合理化的建議措施，僅供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；控制器；伺服系統(tǒng)；核心

機(jī)器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行裝置的、能夠完成各種移動(dòng)來(lái)代替人類(lèi)勞動(dòng)的通用機(jī)器”。一般我們把它分為工業(yè)的以及智能的兩個(gè)類(lèi)型。

1 工業(yè)機(jī)器人概述

1.1 構(gòu)造

站在結(jié)構(gòu)的層次上來(lái)分析，它可被劃分成串聯(lián)的以及并列的兩種，當(dāng)前時(shí)期使用較為普遍的是第二種。它有兩個(gè)構(gòu)成部分，分別是手腕以及手臂。它的手臂活動(dòng)區(qū)域?qū)顒?dòng)空間有很大的影響。而手腕是工具和主體的連接部分。

從機(jī)器人系統(tǒng)整體來(lái)看，分為控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)構(gòu)、測(cè)量及傳感器。控制器存在的意義是為了調(diào)控其所有的運(yùn)動(dòng)零件的活動(dòng)方位以及工作的速率，確保它的手能夠按照設(shè)定好的速率運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目的。它就相當(dāng)于是我們?nèi)祟?lèi)的大腦一樣，它的性質(zhì)和功效會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)備的能力產(chǎn)生很大的影響。對(duì)于驅(qū)動(dòng)體系來(lái)講，它為設(shè)備所有的運(yùn)動(dòng)零件供應(yīng)動(dòng)力。它相當(dāng)于我們?nèi)祟?lèi)的肌肉，它的品質(zhì)以及速率等會(huì)對(duì)整個(gè)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)水平產(chǎn)生很大的影響。

當(dāng)前時(shí)期我們國(guó)家自主生產(chǎn)的機(jī)器人中，大部分運(yùn)用的都是日本產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置。它的測(cè)量體系，主要是用來(lái)測(cè)量移動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)零件以及速率，還可以辨別存在的阻礙物等，分析抓舉零件的自重是不是超過(guò)了規(guī)定。通常機(jī)器人自身運(yùn)動(dòng)部件及工件重量的測(cè)量，使用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提供的位置及電流信息，工件位置、障礙物識(shí)別等使用機(jī)器視覺(jué)等外接的測(cè)量設(shè)備。

1.2 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)參數(shù)

1.2.1 自由度數(shù)和類(lèi)型。自由度（DOF）是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目。當(dāng)該數(shù)值多的時(shí)候，設(shè)備的靈便性就高，不過(guò)它的結(jié)構(gòu)也更加的繁瑣。在具體的設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須結(jié)合它的使用方向來(lái)設(shè)計(jì)，通常高于三個(gè)低于六個(gè)。假如低于該數(shù)值的話(huà)就無(wú)法稱(chēng)之為機(jī)器人。如果超過(guò)六個(gè)的話(huà)我們就將其稱(chēng)為冗余數(shù)值。它可以使得設(shè)備躲避阻礙物質(zhì)，提升它的性能指數(shù)。

1.2.2 結(jié)構(gòu)形式。所謂的結(jié)構(gòu)形式具體的說(shuō)指的是設(shè)備的運(yùn)動(dòng)鏈的樣式，比如并串聯(lián)等。對(duì)于串聯(lián)樣式來(lái)講，它的優(yōu)點(diǎn)是活動(dòng)區(qū)間較大，不過(guò)缺陷在于速度方面無(wú)法實(shí)現(xiàn)最大。對(duì)于并聯(lián)樣式來(lái)講，它的優(yōu)勢(shì)是速度非常好，不過(guò)它的活動(dòng)區(qū)域有所限制。

1.2.3 運(yùn)動(dòng)范圍。所謂的運(yùn)動(dòng)范圍，具體的說(shuō)是設(shè)備關(guān)節(jié)的活動(dòng)區(qū)間。因?yàn)樵O(shè)備執(zhí)行器是不完全一樣的，因此為了能夠合理的反饋出設(shè)備的特征，在工作范圍內(nèi)一般不安裝執(zhí)行器。該范圍的大小和很多要素有關(guān)系，比如設(shè)備的所有的連接桿的大小以及它的整體的構(gòu)造。它的形狀以及大小等對(duì)其整體的運(yùn)作來(lái)講非常關(guān)鍵，設(shè)備在活動(dòng)的時(shí)候有時(shí)候會(huì)因?yàn)槭譄o(wú)法到達(dá)某個(gè)區(qū)域而無(wú)法開(kāi)展好工作。

1.2.4 最大速度。所謂的最大速率，具體的說(shuō)是設(shè)備關(guān)節(jié)的最高速率。不過(guò)在實(shí)際工作中，每個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家對(duì)其定義并不是完全一樣的，一般都會(huì)在相關(guān)材料中闡述。通常來(lái)講，當(dāng)該數(shù)值高的時(shí)候，效率就相應(yīng)的要高。

1.2.5 負(fù)載能力。所謂的負(fù)載水平，具體的說(shuō)是設(shè)備在特定的精度以及活動(dòng)區(qū)間下可以擔(dān)負(fù)的最高的負(fù)載，它對(duì)設(shè)備的成本有很大的影響。它指的設(shè)備在活動(dòng)區(qū)域內(nèi)的所有姿勢(shì)上可以擔(dān)負(fù)的最高的重量。它不但和負(fù)載的品質(zhì)有關(guān)系，還和設(shè)備本身的運(yùn)行速率以及方位等有很大的聯(lián)系。為了確保安全，一般把該指標(biāo)確定為高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。

1.2.6 重復(fù)定位精度。該精度具體的說(shuō)是設(shè)備在多次運(yùn)行之后，到達(dá)相同方位的最大的失誤區(qū)間。它要求環(huán)境一樣，狀態(tài)一樣，目標(biāo)一樣，指令一樣。由于該數(shù)值不會(huì)受到外在力的干擾，所以我們常使用該要素來(lái)判定設(shè)備的工作能力。

1.2.7 控制方式。控制方式指機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的方式。

1.2.8 驅(qū)動(dòng)方式。機(jī)器人驅(qū)動(dòng)多采用交流電機(jī)的方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這也是目前工業(yè)機(jī)器人比較常用的一種驅(qū)動(dòng)方式。此外，驅(qū)動(dòng)方式還包括液壓、氣動(dòng)、步進(jìn)等驅(qū)動(dòng)。

2 機(jī)器人軟件開(kāi)發(fā)

2.1 底層

一般編寫(xiě)的時(shí)候會(huì)使用C語(yǔ)言，而且要參考許多的軟件以及硬件內(nèi)容，牽扯到很多要素。由于相關(guān)的硬件內(nèi)容很多，所以一般由生產(chǎn)者掌控，別的人無(wú)法進(jìn)行編寫(xiě)工作。

2.2 中間層

一般指基于底層開(kāi)發(fā)的，使用C語(yǔ)言或類(lèi)似的中高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的，面向某個(gè)行業(yè)應(yīng)用的軟件。

2.3 應(yīng)用層

通常指使用特定機(jī)器人語(yǔ)言編寫(xiě)的，運(yùn)行于控制器軟件之上的軟件。

3 機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)工業(yè)機(jī)器人的需求量將以每年30%以上的速度增長(zhǎng)。從絕對(duì)數(shù)量上看，中國(guó)的機(jī)器人數(shù)量?jī)H為日本的18%；在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)，每萬(wàn)名工人中機(jī)器人數(shù)量只有90臺(tái)，而日本有1600多臺(tái)。工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用從單臺(tái)機(jī)器人單元向使用機(jī)器人的生產(chǎn)線(xiàn)方向發(fā)展。由于工業(yè)生產(chǎn)所用的機(jī)器人大多數(shù)是在生產(chǎn)線(xiàn)上使用，組成機(jī)器人化的生產(chǎn)系統(tǒng)，單臺(tái)機(jī)器人很少使用。并且一般企業(yè)都不具備將機(jī)器人集成到生產(chǎn)系統(tǒng)的能力，因此對(duì)機(jī)器人的需求也就轉(zhuǎn)化為對(duì)機(jī)器人及其自動(dòng)化成套裝備的需求。

3.2 國(guó)外應(yīng)用現(xiàn)狀

機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼汽車(chē)、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展速度很快。據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR）統(tǒng)計(jì)，從20世紀(jì)下半葉起，世界工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)一直保持著穩(wěn)步增長(zhǎng)的良好勢(shì)頭。進(jìn)入90年代，機(jī)器人產(chǎn)品發(fā)展速度加快，年增長(zhǎng)率平均在10%左右，2000年增長(zhǎng)率上升到15%。

目前機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并且在向更多行業(yè)邁進(jìn)。目前，全球現(xiàn)役工業(yè)機(jī)器人108萬(wàn)臺(tái)。過(guò)去10年，機(jī)器人的價(jià)格降低約80%，還在繼續(xù)下降，而歐美勞動(dòng)力成本上漲了50%。除傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域外，還進(jìn)入家政服務(wù)、農(nóng)業(yè)、軍事等領(lǐng)域。

4 工業(yè)機(jī)器人核心技術(shù)及面臨的主要問(wèn)題

當(dāng)前時(shí)期我們必須積極地研發(fā)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，所謂的關(guān)鍵技術(shù)指的是它的主要零件，比如控制體系以及減速裝置和伺服體系等。對(duì)于減速裝置來(lái)講，它是當(dāng)前各個(gè)國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵點(diǎn)，在西方國(guó)家目前已經(jīng)可以將這方面的費(fèi)用控制到總費(fèi)用的六分之一左右，但是對(duì)于我們國(guó)家來(lái)講仍然在三分之一左右。很顯然這就使得我們國(guó)家在這方面沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于伺服體系來(lái)講，它在總的體系費(fèi)用里占據(jù)的比例很大，而且會(huì)因?yàn)樵O(shè)備負(fù)載的增加而增加。當(dāng)前我們國(guó)家生產(chǎn)的伺服系統(tǒng)存在著功率密度低、可靠性差的缺點(diǎn)，推廣受到極大限制。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上文的分析我們得知，隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，時(shí)代的發(fā)展，科技必然會(huì)不斷的進(jìn)步，此時(shí)很多先進(jìn)的工藝技術(shù)等開(kāi)始大量的使用到各個(gè)行業(yè)以及領(lǐng)域之中。比如機(jī)器人的應(yīng)用就是最為明顯的一個(gè)表現(xiàn)。對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來(lái)講，它們的出現(xiàn)對(duì)于帶動(dòng)行業(yè)的發(fā)展來(lái)講有非常大的幫助，能夠節(jié)省勞動(dòng)力，還能夠提升效率，降低失誤現(xiàn)象的發(fā)生幾率。我們國(guó)家目前在此方面的研究已經(jīng)開(kāi)展得比較好，不過(guò)還存在一些欠缺之處，這就需要廣大的工作者必須要認(rèn)真的分析，借鑒國(guó)外的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)，加快自主創(chuàng)新。

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