機(jī)器人導(dǎo)論論文

1、關(guān)于智能機(jī)器人的學(xué)習(xí)報告姓名：XXX學(xué)號：XXXXXXXXXXXX專業(yè)：自動化班級：2012-4【摘要】人類社會發(fā)展至今，經(jīng)歷了蒸汽機(jī)，電氣，信息3大工業(yè)革命，這三次巨大的變革徹底改變了人類社會的發(fā)展與進(jìn)程。而如今，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展可以視為第四次工業(yè)革命。從世界上第一個機(jī)器人誕生到現(xiàn)在，機(jī)器人技術(shù)經(jīng)歷了一個長期而緩慢的發(fā)展過程。隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等一系列相關(guān)的飛速發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)也得到了長足的發(fā)展。不僅工業(yè)機(jī)器人水平不斷提高，各種用于非制造業(yè)的先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)也有了很大的進(jìn)展。機(jī)器人技術(shù)代表了機(jī)電一體化技術(shù)的最高研究成果，涉及機(jī)械工程、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制理論及人工智

2、能等多門學(xué)科，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一。機(jī)器人的研究、制造和應(yīng)用程度，在一定程度上代表了一個國家或公司科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力。目前，國際上各大公司都在競相研制各類先進(jìn)機(jī)器人，以向世人展示其強(qiáng)大的工業(yè)實(shí)力。【關(guān)鍵字】分類結(jié)構(gòu)硬件組成研究熱點(diǎn)發(fā)展趨勢一、機(jī)器人分類機(jī)器人按其智能程度可分為一般機(jī)器人和智能機(jī)器人。一般機(jī)器人是指不具有智能，只具有一般編程能力和操作功能的機(jī)器人。到目前為止，在世界范圍內(nèi)還沒有一個統(tǒng)一的智能機(jī)器人定義。大多數(shù)專家認(rèn)為智能機(jī)器人至少要具備以下三個要素：一是感覺要素，用來認(rèn)識周圍環(huán)境狀態(tài)；二是運(yùn)動要素，對外界做出反應(yīng)性動作；三是思考要素，根據(jù)感覺要素所得到的信息，思考采

3、用什么樣的動作。感覺要素包括能感知視覺、接近、距離的非接觸型傳感器和能感知力、壓覺、觸覺的接觸型傳感器。這些要素實(shí)質(zhì)上就相當(dāng)于人的眼、鼻、耳等五官，它們的功能可以利用諸如攝像機(jī)、圖像傳感器、超聲波傳感器、激光器、導(dǎo)電橡膠、壓電元件、氣動元件、行程開關(guān)等機(jī)電元器件來實(shí)現(xiàn)。對運(yùn)動要素來說，智能機(jī)器人需要有一個無軌道型移動機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)諸如平地、臺階、墻壁、樓梯、坡道等不同的地理環(huán)境。它們的功能可以借助輪子、履帶、支腳、吸盤、氣墊等移動機(jī)構(gòu)來完成。在運(yùn)動過程中要對移動機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時控制，這種控制不僅要包括位置控制，而且還要有力度控制、位置與力度混合控制及伸縮率控制等。智能機(jī)器人的思考要素是三個要素中的關(guān)

4、鍵，也是應(yīng)賦予機(jī)器人的必備要素。思考要素包括判斷、邏輯分析、理解等方面的智力活動。這些智力活動實(shí)質(zhì)上是一個信息處理過程，而計算機(jī)則是完成這個處理過程的主要手段。智能機(jī)器人根據(jù)智能程度的不同又可分為三種：（1）傳感型機(jī)器人一一具有利用傳感信息（包括視覺、聽覺、觸覺、接近覺、力覺和紅外、超聲及激光等）進(jìn)行傳感信息處理及實(shí)現(xiàn)控制與操作的能力。（2）交互型機(jī)器人一一機(jī)器人通過計算機(jī)系統(tǒng)與操作員或程序員進(jìn)行人-機(jī)對話，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制與操作。（3）自主型機(jī)器人一一在設(shè)計制作之后，機(jī)器人無需人的干預(yù)，能夠在各種環(huán)境下自動完成各項(xiàng)擬人任務(wù)。智能機(jī)器人的研究從20世紀(jì)60年代初開始。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前，

5、基于感覺控制的智能機(jī)器人（又稱第二代機(jī)器人）已達(dá)到實(shí)際應(yīng)用階段；基于知識控制的智能機(jī)器人（又稱自主機(jī)器人或下一代機(jī)器人）也取得較大進(jìn)展，已研制出多種樣機(jī)。二、機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動裝置、檢測裝置和控制系統(tǒng)和復(fù)雜機(jī)械五大部分組成。具體如下：執(zhí)行機(jī)構(gòu)一一即機(jī)器人本體，具機(jī)械臂部分一般采用空間開鏈連桿機(jī)構(gòu)，其中的運(yùn)動副（轉(zhuǎn)動副或移動副）稱為關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)個數(shù)通常等于機(jī)器人的自由度大小。出于仿生學(xué)擬人化的考慮，常將機(jī)器人本體的有關(guān)部位分別稱為基座、腰部、臂部、腕部、手部（夾持器或末端執(zhí)行器）和行走部（對于移動機(jī)器人）等。驅(qū)動裝置一一驅(qū)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借

6、助于動力元件使機(jī)器人進(jìn)行一系列動作。它的輸入值是電信號，輸出值是線位移量和角位移量。機(jī)器人使用的驅(qū)動裝置大部分是電力驅(qū)動裝置，當(dāng)然也有采用液壓、氣動等進(jìn)行驅(qū)動的機(jī)器人。檢測裝置一一具作用是在機(jī)器人運(yùn)行實(shí)時檢測機(jī)器人的運(yùn)動及工作情況，根據(jù)實(shí)際需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定信息進(jìn)行比較后，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出調(diào)整指令，以保證機(jī)器人的動作按照預(yù)定的要求進(jìn)行。交制系統(tǒng)一一根據(jù)進(jìn)行方式分類有兩種。一種被稱為集中式控制，即機(jī)器人的全部控制交由一臺計算機(jī)完成。另一種是分散（級）式控制，即采用多臺計算機(jī)來分擔(dān)機(jī)器人不同部分的控制。而根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的不同，機(jī)器人的控制方式又可分為點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制和力（力矩）控制等

7、。目前來講，機(jī)器人在工業(yè)應(yīng)用最為廣泛（約占70%到80%）,而工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用最廣的是機(jī)械臂，目前一般機(jī)械臂的自由度數(shù)不超過6個，而有的時候工廠為了降低制造成本，在滿足一般生產(chǎn)要求動作的情況下，反而適當(dāng)?shù)販p少l到2個自由度以使效率最大化。從技術(shù)觀點(diǎn)出發(fā)，把機(jī)器人手臂的6個自由度分成兩部分，即臂部確保3個自由度，腕部為l到3個自由度，這樣的分配方法，符合臂部3個自由度決定它在空間的位置，腕部3個自由度決定它的姿態(tài)的技術(shù)要求。機(jī)器人臂部的3個自由度可以由移動副和轉(zhuǎn)動副以不同形式的組合而成，而這種組合形式不僅決定了機(jī)器人手臂的運(yùn)動坐標(biāo)形式，同時也決定了機(jī)器人手臂在空間運(yùn)動范圍內(nèi)的不同的形狀。各種坐標(biāo)

8、形式不同的臂部運(yùn)動，即運(yùn)動范圍分為以下四種：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)和關(guān)節(jié)型。三、機(jī)器人的硬件組成機(jī)器人系統(tǒng)具有3個基本部件：機(jī)械手、控制器及動力源。在某些機(jī)器人系統(tǒng)中可以看到第4個部件，端部執(zhí)行件，有關(guān)這些部件將在下面小節(jié)描述。這些微信息處理器不是8位、16位就是32位的信息處理器。這種功能使控制器的運(yùn)行具有非常好的柔性?？刂破骺赏ㄟ^通訊線路發(fā)出電子信號，發(fā)出能與機(jī)械手各軸線進(jìn)行溝通的電信號，機(jī)器人機(jī)械手與控制器之間這種雙向交流可使系統(tǒng)的位置及運(yùn)行維持在不斷修正及更新得狀態(tài)下，控制器還可以控制安裝在機(jī)器人手腕端部的任意工具。控制器還有與工廠中不同計算機(jī)開展交流的任務(wù)，這個通訊網(wǎng)絡(luò)可使機(jī)

9、器人成為計算機(jī)輔助制造（CAM）系統(tǒng)的一部分。根據(jù)上述基本定義，機(jī)器人是一臺可再編程序的多功能機(jī)械手。所以，控制器必須包含某種形式的記憶存儲器，以微信息處理器為基礎(chǔ)的系統(tǒng)常與固態(tài)記憶裝置連同運(yùn)行。這些記憶裝置可以是磁泡、隨機(jī)存取記憶裝置、軟塑料磁盤或磁帶。每種記憶存儲裝置均可存儲編程信息以便以后回憶使用。動力源是向控制器及機(jī)械手供給動力得裝置，有兩類動力供給機(jī)器人系統(tǒng)。一類動力是供控制器運(yùn)行的交流點(diǎn)動力，另一類被用于驅(qū)動機(jī)械手各軸。例如,若機(jī)器人的機(jī)械手由液壓或氣壓裝置控制，則控制信號被發(fā)送到這些裝置才能使機(jī)器人運(yùn)動。每個機(jī)器人系統(tǒng)均需要動力來驅(qū)動機(jī)械手，這種動力既可由液壓動力源、氣壓動力源，

10、也可以由電力動力源提供，這些動力源是機(jī)器人工作單元總的部件及設(shè)備中的一部分。當(dāng)液壓動力源與及機(jī)器人機(jī)械手底座相連接，液壓源產(chǎn)生液壓流體，這些流體輸送到機(jī)械手各控制元件，于是，使軸繞機(jī)器人底座旋轉(zhuǎn)。壓力空氣被輸送到機(jī)械手，使軸沿軌道作直線運(yùn)動，也可將這種氣動源連接到鉆床，它可為鉆頭的旋轉(zhuǎn)提供動力。一般情況下，可從工廠得供給站獲取氣動源并做調(diào)整，然后將它輸入機(jī)器人機(jī)械手的軸。電動機(jī)可以是交流式的，也可以是直流式的?？刂破靼l(fā)出的脈沖信號被發(fā)送到機(jī)械手得電機(jī)。這些脈沖為電機(jī)提供必要的指令信息以使機(jī)械手在機(jī)器人底座上旋轉(zhuǎn)。用于機(jī)械手軸的三種動力系統(tǒng)任一種均需要使用反饋監(jiān)督系統(tǒng)，這種系統(tǒng)會不斷地將每個軸位

11、置數(shù)據(jù)反饋給控制器。每種機(jī)器人系統(tǒng)不僅需要動力來開動機(jī)械手的軸，還需要動力來驅(qū)動控制器，這種動力可由制造環(huán)境的動力源提供。在大部分機(jī)器人應(yīng)用的場合見到的端部執(zhí)行件均是機(jī)械手手腕法蘭相連接的一個裝置，端部執(zhí)行件可應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域中許多不同場合，例如，它可用于撿起零件，用于焊接，或用于噴漆，端部執(zhí)行件為機(jī)器人系統(tǒng)提供了機(jī)器人運(yùn)行時必須的柔性。通常所設(shè)計得端部執(zhí)行件可滿足機(jī)器人用戶的需要。這些部件可由機(jī)器人制造商或機(jī)器人系統(tǒng)的物主制造。端部執(zhí)行件事機(jī)器人系統(tǒng)中唯一可將一種工作變成另一種工作的部件，例如,即日起可與噴水割機(jī)相連，它在汽車生產(chǎn)線上被用于切割板邊。也可要求機(jī)器人將零件安放到磁盤中，在這簡單的

12、過程中，改變了機(jī)器人端部執(zhí)行件，該機(jī)器人就可以用于其它應(yīng)用場合，端部執(zhí)行件得變更以及機(jī)器人的再編程序可使該系統(tǒng)具有很高的柔性。機(jī)器人技術(shù)最經(jīng)常使用的傳感器分為接觸式的與非接觸式的。接觸式傳感器可以進(jìn)一步分為觸覺傳感器、力和扭矩傳感器。觸覺或接觸傳感器可以測出受動器端與其他物體間的實(shí)際接觸，微型開關(guān)就是一個簡單的觸覺傳感器，當(dāng)機(jī)器人得受動氣端與其他物體接觸時，傳感器是機(jī)器人停止工作，避免物體間的碰撞，告訴機(jī)器人已到達(dá)目標(biāo)；或者在檢測時用來測量物體尺寸。力和扭矩傳感器位于機(jī)器人得抓手與手腕的最后一個關(guān)節(jié)之間，或者放在機(jī)械手得承載部件上，測量反力與力矩。力和扭矩傳感器有壓電傳感器和裝在柔性部件上的應(yīng)

13、變儀等。非接觸傳感器包括接近傳感器、視覺傳感器、聲敏元件及范圍探測器等。接近傳感器和標(biāo)示傳感器附近的物體。例如，可以用渦流傳感器精確地保持與鋼板之間的固定的距離。最簡單的機(jī)器人接近傳感器包括一個發(fā)光二極管發(fā)射機(jī)和一個光敏二極管接收器，接收反射面移近時的反射光線，這種傳感器的主要缺點(diǎn)是移近物對光線的反射率會影響接收信號。其他得接近傳感器使用的是與電容和電感相關(guān)的原理。傳感器有靜態(tài)探測與閉環(huán)探測兩種使用方法。當(dāng)機(jī)器人系統(tǒng)的探測和操作動作交替進(jìn)行時，通常就要使用傳感器，也就是說探測時機(jī)器人不操作，操作時與傳感器無關(guān)，這種方法被稱為靜態(tài)探測，使用這種方法，視覺傳感器先尋找被捕捉物體的位置與方向，然后機(jī)

14、器人徑直朝那個地點(diǎn)移動。相反，閉式探測的機(jī)器人在操作運(yùn)動中，始終受傳感器的控制，多數(shù)視覺傳感器都采用閉環(huán)模式，它們隨時監(jiān)測機(jī)器人的實(shí)際位置與理想位置間的偏差，并驅(qū)動機(jī)器人修正這一偏差。在閉環(huán)探測中，即使物體在運(yùn)動，例如在傳送帶上，機(jī)器人也能抓住它并把它送到預(yù)定位置。為使機(jī)器人完成各種任務(wù)和動作所執(zhí)行的各種控制手段。作為計算機(jī)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，計算機(jī)控制技術(shù)包括范圍十分廣泛，從機(jī)器人智能、任務(wù)描述到運(yùn)動控制和伺服控制等技術(shù)。既包括實(shí)現(xiàn)控制所需的各種硬件系統(tǒng)，又包括各種軟件系統(tǒng)。最早的機(jī)器人采用順序控制方式，隨著計算機(jī)的發(fā)展，機(jī)器人采用計算機(jī)系統(tǒng)來綜合實(shí)現(xiàn)機(jī)電裝置的功能，并采用示教再現(xiàn)的控制方式。

15、隨著信息技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，以及機(jī)器人應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，機(jī)器人控制技術(shù)正朝著智能化的方向發(fā)展，出現(xiàn)了離線編程、任務(wù)級語言、多傳感器信息融合、智能行為控制等新技術(shù)。多種技術(shù)的發(fā)展將促進(jìn)智能機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)。四、機(jī)器人的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢機(jī)器人技術(shù)雖然已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，但是在很多方面還是有待完善。目前機(jī)器人技術(shù)的研究方向有如下幾類：機(jī)器人機(jī)構(gòu)技術(shù)一一目前研究重點(diǎn)是機(jī)器人新的結(jié)構(gòu)、功能及可實(shí)現(xiàn)性，其目的是使機(jī)器功能更強(qiáng)、柔性更大、滿足不同目的的需求，同時研究機(jī)器人一些新的設(shè)計方法，探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載自重比，并且機(jī)器人機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。機(jī)器人控制技術(shù)一一目前重點(diǎn)研究開

16、放式、模塊化控制系統(tǒng)，努力使人機(jī)界面更加友好，使機(jī)器人操作系統(tǒng)具有良好的語言及圖形編輯界面，同時機(jī)器人的控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化以及基于PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器也成為研究熱點(diǎn)。機(jī)字伺服驅(qū)動技術(shù)一一目前正研究利用計算機(jī)技術(shù)，探索高效的控制驅(qū)動算法，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。同時利用現(xiàn)場總線（FILDBUS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式控制。多傳感系統(tǒng)技術(shù)一一目前研究熱點(diǎn)集中在有效可行的（特別是在非線性及非平穩(wěn)非正態(tài)分布的情形下）多傳感器融合算法，以及解決傳感系統(tǒng)的實(shí)用化問題。機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)一一機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)主要包括機(jī)器人工作環(huán)境的優(yōu)化設(shè)計和智能作業(yè)。優(yōu)化設(shè)計主要利用各種先進(jìn)的計算機(jī)手段，實(shí)現(xiàn)設(shè)計的動態(tài)分析和仿真，提高設(shè)計效率和優(yōu)化；智能作業(yè)則是利用傳感器技術(shù)和控制方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)的高度柔性和對環(huán)境的適應(yīng)性，同時降低操作人員參與的復(fù)雜性。目前用于實(shí)踐的機(jī)器人作業(yè)主要靠人的參與實(shí)現(xiàn)示教，缺乏自我學(xué)習(xí)