機(jī)器人是一門(mén)綜合科學(xué)技術(shù)，一個(gè)小型機(jī)器人，是自動(dòng)控制、測(cè)量、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、機(jī)械、材料和通信技術(shù)的綜合結(jié)晶。那么在工業(yè)機(jī)器人中，涉及到哪些高科技？這些高科技目前進(jìn)展如何？

圖為一臺(tái)桁架機(jī)械手搭配兩臺(tái)數(shù)控車床，組成自動(dòng)化加工單元

1.[數(shù)控機(jī)床配套的機(jī)器人機(jī)械手的結(jié)構(gòu)]

通過(guò)應(yīng)用有限元分析、模態(tài)分析、仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高載荷/自重比。如以德國(guó)庫(kù)卡公司為代表的機(jī)器人公司，將機(jī)器人的平行平行四邊形結(jié)構(gòu)改為開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大了機(jī)器人的工作范圍，輕質(zhì)鋁合金材料的應(yīng)用大大提高了機(jī)器人的性能。此外，采用先進(jìn)的RV減速器和交流伺服電機(jī)，使機(jī)器人機(jī)械手幾乎成為免維護(hù)系統(tǒng)。該機(jī)制正朝著模塊化和重組的方向發(fā)展。比如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速器、檢測(cè)系統(tǒng)三位一體；整個(gè)機(jī)器人由關(guān)節(jié)模塊和連桿模塊重組構(gòu)成；模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品在國(guó)外有市場(chǎng)。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更加靈巧，控制系統(tǒng)越來(lái)越小，兩者都在向集成化發(fā)展。利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)和機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量和加工，是機(jī)器人技術(shù)向數(shù)控技術(shù)的拓展，為未來(lái)機(jī)器人與數(shù)控技術(shù)的融合奠定了基礎(chǔ)。

2.[機(jī)器人控制系統(tǒng)]

開(kāi)放式模塊化控制系統(tǒng)。向基于PC的開(kāi)放式控制器發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化；設(shè)備集成度提高，控制柜越來(lái)越小，采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、可操作性和可維護(hù)性。控制系統(tǒng)性能進(jìn)一步提高，從過(guò)去控制標(biāo)準(zhǔn)的6軸機(jī)器人發(fā)展到現(xiàn)在可以控制21軸甚至27軸，實(shí)現(xiàn)了軟件伺服和全數(shù)字控制。人機(jī)界面更加友好，語(yǔ)言和圖形編程接口正在開(kāi)發(fā)中。機(jī)器人控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化，以及基于PC的網(wǎng)絡(luò)化控制器成為研究熱點(diǎn)。除了進(jìn)一步提高在線編程的可操作性，離線編程的實(shí)用性將成為研究的重點(diǎn)，一些領(lǐng)域的離線編程已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。

3.[機(jī)器人傳感技術(shù)]

根據(jù)智能制造的知識(shí)，機(jī)器人中的傳感器發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。裝配焊接機(jī)器人除了位置、速度、加速度等傳統(tǒng)傳感器外，還采用了激光傳感器、視覺(jué)傳感器和力傳感器，實(shí)現(xiàn)了焊縫的自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)化生產(chǎn)線上物體的自動(dòng)定位和精密裝配作業(yè)，大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。遙控機(jī)器人采用視覺(jué)、聲音、力和觸覺(jué)等多傳感器融合技術(shù)，對(duì)環(huán)境進(jìn)行建模并進(jìn)行決策控制。為了進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，各種傳感器的使用是其解決問(wèn)題的關(guān)鍵。研究的重點(diǎn)在于有效可行的多傳感器融合算法，尤其是在非線性、非平穩(wěn)、非正態(tài)分布的情況下。另一個(gè)問(wèn)題是傳感系統(tǒng)的實(shí)用性。

4.[網(wǎng)絡(luò)通信功能]

日本安川和德國(guó)庫(kù)卡最新的機(jī)器人控制器，都接入了Canbus、Profibus和一些網(wǎng)絡(luò)，使機(jī)器人從過(guò)去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用邁出了一大步，也使機(jī)器人從過(guò)去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展。

5.【機(jī)器人性價(jià)比】

機(jī)器人的性能在不斷提高(高速度、高精度、高可靠性、易操作維護(hù))，而單機(jī)的價(jià)格在不斷降低。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性大大提高。以前機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性MTBF通常是幾千小時(shí)，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了5萬(wàn)小時(shí)，可以滿足任何場(chǎng)合的需要。

6.[多代理控制技術(shù)]

這是機(jī)器人研究的一個(gè)新領(lǐng)域。主要研究了多智能體群體體系結(jié)構(gòu)、通信和協(xié)商機(jī)制、感知和學(xué)習(xí)方法、建模和規(guī)劃以及群體行為控制。