機器人技術

孫鑫鑫

摘要：機器人技術是近四十年來迅速發展起來的綜合性技術，它綜合了機械學、電子學、計算機科學、自動控制工程、人工智能、仿生學等多個學科的最新研究成果，代表了機電一體化的最高成就，是當今世界科學發展最活躍的領域之一。而且機器人學是關于設計制造和應用機器人的一門正在發展中的新興學科，是一門多學科的綜合性高新技術，是當代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域，機器人的應用情況也標志著一個國家制造業及其工業自動化的水平。

關鍵詞：機器人 組成 分類 應用

一、有關機器人的組成及分類

1. 機器人的組成

一個機器人系統一般由操作機、驅動單元、控制器和為機器人進行連接的外部設備組成。而工業機器人一般由機器人本體、驅動系統和控制系統組成。有些機器人還有行進系統、感知系統和人工智能系統等。各組成分說明如下：

（1）手部 手部又稱抓取機構、夾持器或終端效應器，用以直接抓取工件或工具。在手部可安裝某些專用工具，如焊槍、噴槍、電鉆、電動螺釘（母）擰緊器，這些可視為專用的特殊手部。

（2）腕部 腕部是連接手部與臂部的部件，用以支承和調整末端執行器（手部）的姿態，確定物件的姿態（方向）。

（3）臂部 臂部是支撐腕部的部件，由操作機的動力關節和連接桿件等構成，用以承受工件和工具的負荷，改變它們的空間位置并將它們送至預定的位置。

（4）機身 機身又稱為立柱，是支撐臂部的部件，用以擴大臂部的活動范圍。

（5）機座及行走機構 機座及行走機構是支撐整個工業機器人的基礎件，用以確定或改變整臺機器人的位置。以上手部、腕部、臂部、機身、機座及行走機構等構成了機器人本體，又稱操作機，是機器人完成作業的實體，它具有與人手臂相似的動作功能。

（6）驅動系統 驅動系統是工業機器人的動力源， 又稱為移動器，由驅動器、減速器及檢測元件等組成，是用來為操作機及各部件提供動力和運動的裝置。

（7）控制系統 控制系統是控制工業機器 人按預定要求進行動作的裝置，也是由人操作起動、停機及示教機器人的一種裝置， 其核心是計算機控制系統。

此外，人工智能系統是智能機器人所具有的，它包括了感覺系統和決策、規劃智能系統。

2. 機器人的分類

工業機器人的分類方式很多，可以按機械結構、操作機坐標形式和程序輸入方式等進行分類。

（1）按機械結構分類

①串聯機器人：一個軸的運動會改變另一個軸的坐標原點。比如六關節機器人。

②并聯機器人：一個軸運動不影響另一個軸的坐標原點，比如蜘蛛機器人。

（2）按操作機坐標形式分類

①圓柱坐標型機器人的臂部可作升降、回轉和伸縮動作;

②球坐標型機器人的臂部能回轉、俯仰和伸縮;

③多關節型機器人的臂部有多個轉動關節;

④平面關節型機器人的軸線相互平行，實現平面內定位和定向;

⑤直角坐標型機器人的臂部可沿三個直角坐標移動。

（3）按程序輸入方式分類

①編程輸入型機器人：編程輸入型是將計算機上已編好的作業程序文件，通過? 串口或者以太網等通信方式傳送到機器人控制柜。

②示教輸入型機器人：示教輸入型的示教方法有兩種，一種是由操作者用手動控制器（示教操縱盒），將指令信號傳給驅動系統，使執行機構按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。另一種是由操作者直接領動執行機構，按要求的動作順序和運動軌跡操演一遍。

二、工業機器人應用

各種工業機器人都可以以單機形式使用，也可以作為生產系統中的一個構成部分使用。隨看社會需求發展的變化，工業機器人因其靈活性好，將在柔性自動化制造系統中應用得越來越多。機器人技術應用非常廣泛，不同的機器人的應用領域不同，尤其是工業機器人，在制造業中得到廣泛應用[1]。

1.單機形式使用

（1）點焊、弧焊機器人：這類機器人應用在汽車、摩托車、工程機械、鍋爐等的制造領域，如點焊汽車底盤、車體及其他部件，弧焊機器人也可用于裝配。

（2）噴涂機器人：噴涂機器人應用于汽車、建材、家電、機械行業。例如，汽車整車自動噴漆，汽車的發動機、保險杠、彈簧、板簧、駕駛室等自動噴漆，汽車燈、車門防水簾、車身底板、塑料件等自動涂膠等。

（3）搬運機器人：搬運機器人應用于機械、汽車制造業，用以完成產品和物料的自動輸送。

（4）其他機器人：如軍用機器人，爆炸物處理機器人、檢測航路和障礙物機器人、加油機器人、水下機器人、探月車等。

2.機械制造系統中的應用

選擇與布局設計原則剛性自動化適合于大批量生產， 生產的零件種類數目很少，可以為之設計專門的工裝設備，能達到很高的生產率，汽車的生產就是一個例子。柔性自動化適合于中批量生產，生產的零件種類數目居中?？删幊套詣踊m合小批量生產，生產的零件種類數目可以很大。在三種類型的自動化中，工業機器人屬于可編程自動化之類。工業機器人是一種具有通用目的的可編程的多功能操作機，其設計目的是使操作機按照可變的程序運動，從而完成多種多樣的任務，例如傳送零件、裝配、焊接、噴漆等。當機器人本身是一個可編程自動化的裝置時，它又可以應用于柔性自動化乃至于剛性自動化系統中。

三、總結與展望

在科學技術飛速發展的今天，工業機器人的發展面臨著新一輪的挑戰，在這個過程中，必須迎合時代的需求和世界的變化需要，應以精益生產、敏捷制造、智能制造、綠色制造為主導方向，進一步加強與網絡的結合，凸顯更人性化、智能化、方便化的特點[2]。在21世紀的世界里，全新的設計必然與計算機分不開，模擬仿真、輔助設計、制造等各方面的需求加上國際間的交流越來越頻繁和深入，增加彼此間的交流是發展的必然趨勢，閉門造車的時代已經過去了，產品的智能化是未來的一大需求，而在未來，機器人的出現將會取代部分的勞動力，并且會得到進一步的應用。為了讓下一代能夠走的更遠，更前列，我們必須加強學習的廣度和深度，進一步加強跨學科的學習，增強學習能力，開闊學習視野，增加自我學識，才能不斷在新的21世紀里展現學習后的才華和體現新的教育效果，讓中國原本落后與世界的機械領域縮短與世界的距離，早日與世界機械前列國家交軌。

參考文獻：

[1] 南博.論述機電一體化技術在工業機器人中的應用[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2020（07）：190-191.

[2] 張夢哲.分析我國工業機器人技術現狀與產業化發展規劃[J].中國高新區，2019（1）：44，46.

[3] 龔仲華.工業機器人完全應用手冊.