機(jī)器人讀書(shū)筆記機(jī)器人是很典型的機(jī)電一體化的自動(dòng)化裝備，涉及眾多學(xué)科領(lǐng)域，包括機(jī)械工程、自動(dòng)控制原理、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和人工智能技術(shù)等，技術(shù)附加值高，應(yīng)用范圍廣泛，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要代表，現(xiàn)今已經(jīng)逐步成為信息化社會(huì)的新興產(chǎn)業(yè)。在許多先進(jìn)制造企業(yè)中，機(jī)器人已經(jīng)是必不可少的自動(dòng)化裝備。一、機(jī)器人的根底知識(shí)〔1〕機(jī)器人分類(lèi)按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系的特點(diǎn)方式分類(lèi)，可分為直角坐標(biāo)系機(jī)器人，圓柱坐標(biāo)系機(jī)器人、極坐標(biāo)系機(jī)器人和多關(guān)節(jié)機(jī)器人；直角坐標(biāo)系機(jī)器人有3個(gè)自由度，全為伸縮運(yùn)動(dòng)；圓柱坐標(biāo)系機(jī)器人有3個(gè)自由度，升降，旋轉(zhuǎn)，伸縮；極坐標(biāo)系機(jī)器人有3個(gè)自由度，2個(gè)旋轉(zhuǎn)和1個(gè)伸縮；多關(guān)節(jié)機(jī)器人有3個(gè)自由度，均為旋轉(zhuǎn)；直角坐標(biāo)系特點(diǎn)是比擬簡(jiǎn)單，控制比擬方便，三個(gè)坐標(biāo)XYZ直線(xiàn)方向，缺點(diǎn)是比擬占用空間；圓柱坐標(biāo)系和極坐標(biāo)系比擬類(lèi)似，都是移動(dòng)+旋轉(zhuǎn)，在一些比擬簡(jiǎn)單的作業(yè)中，如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)單的曲線(xiàn)，均應(yīng)用比擬廣泛；多關(guān)節(jié)機(jī)器人具有占地面積小，移動(dòng)速度快，能完成復(fù)雜的、連續(xù)軌跡的運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，屬于比擬靠近智能型機(jī)器人，當(dāng)然，價(jià)格也比擬高。直角坐標(biāo)系圓柱坐標(biāo)系極坐標(biāo)系多關(guān)節(jié)軸承〔2〕機(jī)器人技術(shù)參數(shù)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)：自由度、工作范圍、工作速度、精度、重復(fù)精度、控制方式、驅(qū)動(dòng)方式、工作載荷；自由度是指機(jī)器人所具有獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)數(shù)，它是根據(jù)機(jī)器人的用途決定的，一般來(lái)說(shuō)，立體空間有6個(gè)自由度，但機(jī)器人可以根據(jù)用途設(shè)計(jì)出超過(guò)6個(gè)自由度或者小于6個(gè)自由度；工作范圍是指機(jī)械手臂末端或者手心能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合；精度是指手臂實(shí)際到達(dá)位置與理論到達(dá)位置的差異；重復(fù)精度是指在屢次重復(fù)的動(dòng)作下最近點(diǎn)與最遠(yuǎn)點(diǎn)的距離差；控制方式是指機(jī)器人用于控制軸的方式，是伺服控制還是非伺服，如果是伺服，是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制還是連續(xù)控制方式；驅(qū)動(dòng)方式是指關(guān)節(jié)執(zhí)行器的動(dòng)力源形式，是電機(jī)驅(qū)動(dòng)還是液壓氣壓驅(qū)動(dòng)等；工作載荷是指機(jī)器人在其功能范圍內(nèi)，機(jī)械接口處能承受的負(fù)載最大值；〔3〕機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成：手部、手腕、臂部、機(jī)身〔機(jī)座〕；手部是也成機(jī)械手，而機(jī)器手有時(shí)也與機(jī)器人等同，足以說(shuō)明手部的重要性了，它是最重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。手部機(jī)構(gòu)有夾持類(lèi)和吸附類(lèi)兩種類(lèi)型。夾鉗式是工業(yè)機(jī)器人中最常用的手部形式，一般由以下幾個(gè)局部組成，手指，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)裝置，支架這四局部組成。以上是經(jīng)典結(jié)構(gòu)，許多夾鉗式的衍生式都是基于該種類(lèi)型根底上。吸附式是另外一種形式，分為氣吸式和磁吸式。氣吸式是由吸盤(pán)、吸盤(pán)架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，利用吸盤(pán)內(nèi)的壓力與大氣壓之間的壓力差而工作的。磁吸式手部是利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來(lái)吸附工件的。仿人手是當(dāng)前智能機(jī)器手的熱點(diǎn)，能夠像人的手那樣靈活運(yùn)動(dòng)，做復(fù)雜工作，其形狀如下列圖所示：二、機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)器人是個(gè)系統(tǒng)化的裝備，它由機(jī)器人機(jī)構(gòu)、機(jī)器人控制器、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)器人傳感器組成。機(jī)器人機(jī)構(gòu)參照上文，這里不再贅述，局部模塊如下列圖所示；〔1〕機(jī)器人控制器控制器是指利用用戶(hù)的指令對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作和控制，從而完成各種動(dòng)作。控制器的最根本的運(yùn)動(dòng)控制方法是PID控制，即比例積分微分控制〔ProportionIntegralDifferential〕這種是很傳統(tǒng)的控制，已經(jīng)出現(xiàn)了幾十年了，也有單純的PI控制、PD控制；而現(xiàn)在早已經(jīng)出現(xiàn)模糊PID控制〔FuzzyPIDControl〕，采用模糊算法優(yōu)化PID控制，模糊算法也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，模糊算法還有很多領(lǐng)域沒(méi)有解決；也有很多專(zhuān)家提出自適應(yīng)PID控制，自適應(yīng)模糊PID控制，該種控制能夠根據(jù)外界環(huán)境的改變也自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制控制原理如下列圖所示：如果是單臺(tái)機(jī)器人工作站，可能不一定需要計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步控制，但目前機(jī)器人的應(yīng)用工程由單臺(tái)機(jī)器人工作站向機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)展，機(jī)器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來(lái)越重要，控制器上具有串口、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜跈C(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊，便于對(duì)機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理。采用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理，需要在軟件和硬件上都進(jìn)行布置。程序輸入方式有兩種類(lèi)型，一種是編程輸入型，它將計(jì)算機(jī)上已經(jīng)編號(hào)的程序，通過(guò)RS232串口，USB接口或者以太網(wǎng)等通信方式接到機(jī)器人的控制柜，然后控制柜發(fā)去指令信號(hào)傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成所需要的動(dòng)作；另外一種是示教輸入型，顧名思義，示教指在手動(dòng)控制盒中人為做出所需要的動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)軌跡，在示教過(guò)程中，工作程序的信息即自動(dòng)存入程序存儲(chǔ)器中，在機(jī)器人自開(kāi)工作的同時(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?！?〕機(jī)器人驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)部件提供力、力矩、速度、加速度；機(jī)器人常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)裝置有電驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和氣壓驅(qū)動(dòng)。電驅(qū)動(dòng)就是采用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)采用“一個(gè)脈沖的轉(zhuǎn)動(dòng)”方式，控制簡(jiǎn)單，開(kāi)環(huán)無(wú)調(diào)節(jié)，精度可能不太高，直流交流伺服電機(jī)根據(jù)反響調(diào)整力、力矩、速度、加速度等，精度一般比擬高，當(dāng)然，價(jià)格也比擬高。液壓驅(qū)動(dòng)適用于高速響應(yīng)和快速反響，同時(shí)要求體積小，重量輕的場(chǎng)合。氣壓驅(qū)動(dòng)精度不高，會(huì)出現(xiàn)顫抖噪音情形，適宜應(yīng)用在不重要場(chǎng)合。〔3〕機(jī)器人傳感器機(jī)器人的傳感器用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件的位移、速度和加速度的測(cè)量；它是識(shí)別外界的事物的根底，機(jī)器人里面有眾多傳感器，檢測(cè)特定位置或角度的位置檢測(cè)傳感器，檢測(cè)速度、加速度、角速度、角加速度和姿態(tài)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)傳感器，還有視覺(jué)、觸覺(jué)、力覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、味覺(jué)、嗅覺(jué)、溫度等等傳感器。三、對(duì)引進(jìn)機(jī)器人的看法1.在目前生產(chǎn)條件下，公司的生產(chǎn)的工藝流程是合理的，相比照擬標(biāo)準(zhǔn)的。從我個(gè)人的看法，有幾大因素制約公司生產(chǎn)效率的提高：一是現(xiàn)在車(chē)間的生產(chǎn)方式。現(xiàn)在有的車(chē)間的生產(chǎn)方式是比擬傳統(tǒng)的方式，單點(diǎn)作業(yè)，每點(diǎn)必須有人負(fù)責(zé)加工、檢測(cè)，這樣導(dǎo)致了生產(chǎn)人員的增加，增加人工本錢(qián)；然后將每點(diǎn)按工序串聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)完整的加工工藝鏈，而在這條工藝鏈上的是一大堆密密麻麻的員工。〔現(xiàn)在公司的生產(chǎn)情況有點(diǎn)像二戰(zhàn)后軍事機(jī)械化理論的開(kāi)展，不斷地在這個(gè)層次上修修補(bǔ)補(bǔ)，卻也無(wú)法實(shí)現(xiàn)更大突破，而美國(guó)率先進(jìn)行軍事信息化建設(shè)嘗試，產(chǎn)生質(zhì)變，取得巨大成功，與原先的國(guó)家徹底拋開(kāi)距離?！碁楹胃嗖徊捎霉ば蚣械姆绞侥?？為何不采用設(shè)備集成化的生產(chǎn)方式呢？這樣可以讓員工從原先繁重的勞動(dòng)中解脫出來(lái)。讓某個(gè)車(chē)間的所有或者大局部工序進(jìn)行自動(dòng)化作業(yè)，而員工負(fù)責(zé)后勤效勞工作，包括設(shè)備保養(yǎng)、維修，產(chǎn)品的質(zhì)量控制、檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控、管理等等，可以省卻很多人力物力！二是一線(xiàn)員工的積極性問(wèn)題。老員工能夠吃苦，肯干，但是年齡逐步老去，有時(shí)力不從心；年輕的新員工不少是吃不了苦，有的得過(guò)且過(guò)，素質(zhì)有待提高。而且再過(guò)幾年，人力本錢(qián)會(huì)越來(lái)越高，薪資不理想，工作環(huán)境不友好，就越來(lái)越難以招到員工，企業(yè)壓力會(huì)越來(lái)越大！機(jī)器人沒(méi)有人工作時(shí)必要的生理時(shí)間和工作情緒上的變化，是個(gè)良好的替代品。2.需要注意的是，有了主體生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)該要有配套相應(yīng)的輔助設(shè)備，不然無(wú)法充分發(fā)揮最大生產(chǎn)力；在引進(jìn)機(jī)器人時(shí)應(yīng)該充分規(guī)劃好，吸取數(shù)控車(chē)床的教訓(xùn)，做好前期的布置和相關(guān)配套工作。3.工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能可分為點(diǎn)位型和連續(xù)