第二章 机器人(一)

  一、机器人的定义

  机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作,它是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。

  国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般来说,人们都可以接受这种说法,即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义:“一种可编程和多功能的操作机;或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”它能为人类带来许多方便之处!

  robot,原为robo,意为奴隶,即人类的仆人。

  二、机器人的主要特点

  1.通用性

  机器人的通用性指的是执行不同任务的实际能力,即机器人可根据生产工作需要进行几何结构的变更。现有的大多数机器人都具有不同程度的通用性,包括机械手的机动性和控制系统的灵活性。

  2.适应性

  机器人的适应性是指其对环境的自适应能力,即所设计的机器人能够自我执行未经完全指定的任务,而不管任务执行过程中所发生的没有预计到的环境变化。这一能力要求机器人认识其环境,即具有人工知觉。在这方面,机器人使用它的下述能力:

  (1)运用传感器感测环境的能力。

  (2)分析任务空间和执行操作规划的能力。

  对于工业机器人来说,适应一般指的是其程序模式能够适应工件尺寸和位置以及工作场地的变化。这里,主要考虑两种适应性:

  (1)点适应性。它涉及机器人如何找到目标点的位置,如找到开始程序点的位置。

  (2)曲线适应性。它涉及机器人如何利用由传感器得到的信息沿着曲线工作。曲线适应性包括速度适应性和形状适应性两种。

  三、组成部分

  四、

  机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。

  1、执行机构

  即机器人本体,其臂部一般采用空间开链连杆机构,其中的运动副(转动副或移动副)常称为关节,关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型式和运动坐标形式的不同,机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑,常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部(夹持器或末端执行器)和行走部(对于移动机器人)等。

  

  2、驱动装置

  是驱使执行机构运动的机构,按照控制系统发出的指令信号,借助于动力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号,输出的是线、角位移量。机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置,如步进电机、伺服电机等,此外也有采用液压、气动等驱动装置。

  

  3、检测装置

  是实时检测机器人的运动及工作情况,根据需要反馈给控制系统,与设定信息进行比较后,对执行机构进行调整,以保证机器人的动作符合预定的要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类:一类是内部信息传感器,用于检测机器人各部分的内部状况,如各关节的位置、速度、加速度等,并将所测得的信息作为反馈信号送至控制器,形成闭环控制。一类是外部信息传感器,用于获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息,以使机器人的动作能适应外界情况的变化,使之达到更高层次的自动化,甚至使机器人具有某种“感觉”,向智能化发展,例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息,利用这些信息构成一个大的反馈回路,从而将大大提高机器人的工作精度。

  4、控制系统

  一种是集中式控制,即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。另一种是分散(级)式控制,即采用多台微机来分担机器人的控制,如当采用上、下两级微机共同完成机器人的控制时,主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算,并向下级微机发送指令信息;作为下级从机,各关节分别对应一个CPU,进行插补运算和伺服控制处理,实现给定的运动,并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同,机器人的控制方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力(力矩)控制。

  四、机器人的分类情况

  诞生于科幻小说之中一样,人们对机器人充满了幻想。也许正是由于机器人定义的模糊,才给了人们充分的想象和创造空间。

  中国的机器人专家从应用环境出发,将机器人分为两大类,即工业机器人和特种机器人。所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人,包括:服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。在特种机器人中,有些分支发展很快,有独立成体系的趋势,如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。国际上的机器人学者,从应用环境出发将机器人也分为两类:制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人,这和中国的分类是一致的。

  空中机器人又叫无人机器,在军用机器人家族中,无人机是科研活动最活跃、技术进步最大、研究及采购经费投入最多、实战经验最丰富的领域。80多年来,世界无人机的发展基本上是以美国为主线向前推进的,无论从技术水平还是无人机的种类和数量来看,美国均居世界之首位。

  1、家务型

  能帮助人们打理生活,做简单的家务活。

  2、操作型

  能自动控制,可重复编程,多功能,有几个自由度,可固定或运动,用于相关自动化系统中。

  3、程控型

  预先要求的顺序及条件,依次控制机器人的机械动作。

  4、数控型

  不必使机器人动作,通过数值、语言等对机器人进行示教,机器人根据示教后的信息进行作业。

  5、搜救类

  在大型灾难后,能进入人进入不了的废墟中,用红外线扫描废墟中的景象,把信息传送给在外面的搜救人员。

  6、示教再现型

  通过引导或其它方式,先教会机器人动作,输入工作程序,机器人则自动重复进行作业。

  7、感觉控制型

  利用传感器获取的信息控制机器人的动作。

  8、适应控制型

  能适应环境的变化,控制其自身的行动。

  9、学习控制型

  能“体会”工作的经验,具有一定的学习功能,并将所“学”的经验用于工作中。

  10、智能

  以人工智能决定其行动的机器人。

评论
  • 佳作!已赞!我的《同行》,欢迎支持!


  • 准备很扎实啊


  • 正发愁怎么编辑一本知识书,刚好看到了这个,好东西。


  • 有意思


  • 小胖熊 作者

    我之后将会写一本关于机器,机器人等方面的软科幻小说,这是我为之收集编辑的一本知识资料书,里面会包括科幻小说、机器人、超级计算机、人工智能等方面的知识。内容收集来源于网络