機(jī)器人(Robot)是一種能夠半自主或全自主工作的智能機(jī)器。歷史上最早的機(jī)器人見于隋煬帝命工匠按照柳抃形象所營(yíng)造的木偶機(jī)器人,施有機(jī)關(guān),有坐、起、拜、伏等能力。
機(jī)器人具有感知、決策、執(zhí)行等基本特征,可以輔助甚至替代人類完成危險(xiǎn)、繁重、復(fù)雜的工作,提高工作效率與質(zhì)量,服務(wù)人類生活,擴(kuò)大或延伸人的活動(dòng)及能力范圍。
關(guān)于機(jī)器人的分類,國(guó)際上沒(méi)有制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),從不同的角度可以有不同的分類。
機(jī)器人的發(fā)展階段
①初機(jī)器人:示教再現(xiàn)型機(jī)器人。1947年,為了搬運(yùn)和處理核燃料,美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了世界上首臺(tái)遙控的機(jī)器人。1962年美國(guó)又研制成功PUMA通用示教再現(xiàn)型機(jī)器人,這種機(jī)器人通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī),來(lái)控制一個(gè)多自由度的機(jī)械,通過(guò)示教存儲(chǔ)程序和信息,工作時(shí)把信息讀取出來(lái),然后發(fā)出指令,這樣機(jī)器人可以重復(fù)地根據(jù)人當(dāng)時(shí)示教的結(jié)果,再現(xiàn)出這種動(dòng)作。比方說(shuō)汽車的點(diǎn)焊機(jī)器人,它只要把這個(gè)點(diǎn)焊的過(guò)程示教完以后,它總是重復(fù)這樣一種工作。
②第二代機(jī)器人:感覺(jué)型機(jī)器人。示教再現(xiàn)型機(jī)器人對(duì)于外界的環(huán)境沒(méi)有感知,這個(gè)操作力的大小,這個(gè)工件存在不存在,焊接的好與壞,它并不知道,因此,在20世紀(jì)70年代后期,人們開始研究第二代機(jī)器人,叫感覺(jué)型機(jī)器人,這種機(jī)器人擁有類似人在某種功能的感覺(jué),如力覺(jué)、觸覺(jué)、滑覺(jué)、視覺(jué)、聽覺(jué)等,它能夠通過(guò)感覺(jué)來(lái)感受和識(shí)別工件的形狀、大小、顏色。
③第三代機(jī)器人:智能型機(jī)器人。20世紀(jì)90年代以來(lái)發(fā)明的機(jī)器人。這種機(jī)器人帶有多種傳感器,可以進(jìn)行復(fù)雜的邏輯推理、判斷及決策,在變化的內(nèi)部狀態(tài)與外部環(huán)境中,自主決定自身的行為。
控制方式
①操作型機(jī)器人:能自動(dòng)控制,可重復(fù)編程,多功能,有幾個(gè)自由度,可固定或運(yùn)動(dòng),用于相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)中。
②程控型機(jī)器人:按預(yù)先要求的順序及條件,依次控制機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作。
③示教再現(xiàn)型機(jī)器人:通過(guò)引導(dǎo)或其他方式,先教會(huì)機(jī)器人動(dòng)作,輸入工作程序,機(jī)器人則自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。
④數(shù)控型機(jī)器人:不必使機(jī)器人動(dòng)作,通過(guò)數(shù)值、語(yǔ)言等對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教,機(jī)器人根據(jù)示教后的信息進(jìn)行作業(yè)。
⑤感覺(jué)控制型機(jī)器人:利用傳感器獲取的信息控制機(jī)器人的動(dòng)作。
⑥適應(yīng)控制型機(jī)器人:機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)境的變化,控制其自身的行動(dòng)。
⑦學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人:機(jī)器人能“體會(huì)”工作的經(jīng)驗(yàn),具有一定的學(xué)習(xí)功能,并將所“學(xué)”的經(jīng)驗(yàn)用于工作中。
⑧ 智能機(jī)器人:以人工智能決定其行動(dòng)的機(jī)器人。
應(yīng)用環(huán)境
目前,國(guó)際上的機(jī)器人學(xué)者,從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)將機(jī)器人分為兩類:制造環(huán)境下的工業(yè)機(jī)器人和非制造環(huán)境下的服務(wù)與仿人型機(jī)器人。
我國(guó)的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā),將機(jī)器人也分為兩大類,即工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人。這和國(guó)際上的分類是一致的。工業(yè)機(jī)器人是指面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度機(jī)器人。特種機(jī)器人則是除工業(yè)機(jī)器人之外的、用于非制造業(yè)并服務(wù)于人類的各種先進(jìn)機(jī)器人,包括:服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、娛樂(lè)機(jī)器人、軍用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人等。在特種機(jī)器人中,有些分支發(fā)展很快,有獨(dú)立成體系的趨勢(shì),如服務(wù)機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、微操作機(jī)器人等。
工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng);圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作;球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮;關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。
工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能,又可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位,適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè);連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng),適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。
工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計(jì)算機(jī)上已編好的作業(yè)程序文件,通過(guò)RS-232串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制柜。示教輸入型的示教方法有兩種:一種是由操作者用手動(dòng)控制器(示教操縱盒),將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍;另一種是由操作者直接領(lǐng)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。在示教過(guò)程的同時(shí),工作程序的信息即自動(dòng)存入程序存儲(chǔ)器中在機(jī)器人自動(dòng)工作時(shí),控制系統(tǒng)從程序存儲(chǔ)器中檢出相應(yīng)信息,將指令信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動(dòng)作。示教輸入程序的工業(yè)機(jī)器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人。
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