机器人技术作业

1.工业机器人的应用现状和发展趋势
工业机器人。

工业机器人已广泛地应用于各种自动化生产线，由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制，可重复编程，能在一维空间完成各种作业的机电一体化自动生产设备，工业机器人包括模仿人类关节结构的关节型工业型机器人、直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、球坐标型机器人、喷漆机器人、焊接机器人等等。

（1）机器人操作机：通过有限元分析、模态分析及仿真设计等现代设计方法，机器人操作机已实现了优化设计。

（2）并联机器人：采用并联机构，利用机器人技术，实现高精度测量及加工，这是机器人技术向数控技术的拓展，为将来实现机器人和数控技术一体化奠定了基础。

（3）控制系统：控制系统的性能进一步提高，已由过去控制标准的6轴机器人发展到现在能够控制21轴甚至27轴，并且实现了软件伺服和全数字控制。

（4）传感系统：激光传感器、视觉传感器和力传感器在机器人系统中已得到成功应用，并实现了焊缝自动跟踪和自动化生产线上物体的自动定位以及精密装配作业等，大大提高了机器人的作业性能和对环境的适应性。

日本KAWASALI、YASKAWA、FANLC和瑞典ABB、德国KLKA、BEIS等公司都推出了该类产品。

2.先进机器人。

近年来，人类活动领域不断扩大，机器人应用也从制造领域向非制造领域发展。

在海洋开发，消防、战斗系统，宇宙探测，采掘，建筑，医疗服务，娱乐等行业都提出了自动化和机器人化的要求，如核事故机器人、医用机器人、消防机器人、仿生机器人、军用机器人、太空机器人等。

发展趋势
1. 工业机器人性能不断提高，而单机价格不断下降。

2. 机械结构向模块化、可重构化发展。

3. 工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化。

4. 机器人中的多传感器系统日益重要。

5. 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。

6. 微型和微小机器人技术是机器人研究的一个新领域和重点发展方向。

7. 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自动系统，而是致力于操作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。

8. 机器人化机械研究开发包括并联机构机床（VMT）与机器人化加工中心(RVIC)的开发研究，以及机器人化无人值守和具有自适应能力的多机遥控操作的人型散料输送设备的研究开发。

这种开发的新型装置已成为国防研究的热点之一。

2.机器人系统组成及功能机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等组成。

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。

检测装置的作用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。

另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。

3.编码器
编码器分为光电式，磁场式，感应式，和电容式。

根据刻度方法及信号输出形式又分为增量式，绝对式和混合式。

增量式具有结构简单，体积小，价格低，精度高，响应速度快，性能稳定的优点。

特别应用砸高分辨率和大量程角速率/位移测量系统中。

频率的计算（360/2的n次方*i之比）。

4.传感器
内部传感器是用于测量机器人自身状态的功能元件。

包括位置检测传感器（确定位置或角度，任意位置或角度），运动检测传感器(速度和加速度，角速度和角加速度，姿态)。

外部传感器是用来检测机器人所处环境及状况的传感器，一般与机器人的目标识别和作业安全等因素有关。

具体有触觉传感器，力觉传感器，接近觉传感器，听觉传感器，视觉传感器（平面，立体），嗅觉传感器，温度传感器。

5.位移测量传感器
（1）检测规定的位置，常用ON/OFF两个状态值。

这种方法用于检测机器人的起始原点，终点位置或某个确定的位置。

给定位置检测常用的检测元件有微型开关，光电开关等。

规定的位移量或力作用在微型开关的可动部分上，开关的电气触电断开（常闭）或接通（常开）并向控制回路发出动作信号。

（2）测量可变位置和角度，即测量机器人关节线位移和角位移的传感器是机器人的位置反馈控制中必不可少的元件。

常用的有电位器，旋转变压器，编码器等。

其中编码器可以检测直线位移又可检测角位移。

6.简述步进电动机驱动器的工作原理步进电机驱动器是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

7.交流伺服电动机
交流伺服电动机，是将电能转变为机械能的一种机器。

交流伺服电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。

电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。

交流伺服电动机主要由定子部分和转子部分组成，其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同，在定子铁心中也安放着空间互成90度电角度的两相绕组（其中一组为激磁绕组，另一组为控制绕组）。

交流伺服电动机控制精度高，矩频特性好，具有过载能力，多应用于物料计量，横封装置和定长裁切机上。

分类
（1）异步型交流电动机
异步型交流伺服电动机指的是交流感应电机。

它有三相和单相之分，也有笼型和线绕式，通常多用笼型三相感应电动机。

其结构简单，与同容量的直流电动机相比，重量轻1/2，价格仅直流电动机的1/3.缺点是不能经济地实现范围很广的平滑调速，必须从电网吸收滞后的励磁电流。

因而令电网功率因数变坏。

这种笼型转子的异步型交流电动机简称为异步型交流伺服电动机，用IM表示。

（2）同步型交流电动机
它的定子与感应电动机一样，都在定子上装有对称三相绕组。

而转子却不同，按不同的转子结构又分电磁式及非电磁式两大类。

非电磁式又分为磁滞式，永磁式和反应式多种。

其中磁滞式和反应式同步电动机存在效率低，功率因数较差，制造容量不大等缺点。

数控机床中多用永磁式同步电动机。

与电磁式相比，永磁式的的有点是结构简单，运行可靠，效率较高；缺点是体积大，启动特性欠佳。

但永磁式同步电动机采用高剩磁感应，高矫顽力的稀土类磁铁后，可比直流电动机外形尺寸约小1/2，重量轻60%，转子惯量减到直流电机的1/5.它与异步电动机相比，由于采用了永磁铁励磁，消除了励磁损耗及有关的杂散损耗，所以效率高。

又因为没有电磁式同步电动机所需的集电环和电刷等，其机械可靠性与感应（异步）电动机相同，而功率因数却大大高于异步电动机，从而使永磁同步电动机的体积比异步电动机小些。

这是因为在低速时,感应（异步）电动机由于功率因数低，输出同样的有功功率时，它的视在功率却要大得多，而电动机汉族要尺寸是据视在功率而定。