機器人應用技術分析

馬志凱 李珊珊

摘 要：隨著科技的不斷創新與改革，機器人被廣泛應用于各個領域之中并推動著相關行業的建設發展，如工業生產、軍事培訓、航海探索等。不僅如此，機器人在醫院、家庭以及服務行業都開始應用，且在各大高等院校中作為課堂實踐而被充分使用。從某種定義上來講，機器人的種類分為多種類型，文章主要針對常用的機器人技術參數等信息進行簡要分析與總結，并就其實際應用提出了合理化的建議措施，僅供參考。

關鍵詞：機器人；控制器；伺服系統；核心

機器人是“一種裝備有記憶裝置和末端執行裝置的、能夠完成各種移動來代替人類勞動的通用機器”。一般我們把它分為工業的以及智能的兩個類型。

1 工業機器人概述

1.1 構造

站在結構的層次上來分析，它可被劃分成串聯的以及并列的兩種，當前時期使用較為普遍的是第二種。它有兩個構成部分，分別是手腕以及手臂。它的手臂活動區域對活動空間有很大的影響。而手腕是工具和主體的連接部分。

從機器人系統整體來看，分為控制器、伺服驅動系統、機構、測量及傳感器。控制器存在的意義是為了調控其所有的運動零件的活動方位以及工作的速率，確保它的手能夠按照設定好的速率運行，進而實現目的。它就相當于是我們人類的大腦一樣，它的性質和功效會對整個設備的能力產生很大的影響。對于驅動體系來講，它為設備所有的運動零件供應動力。它相當于我們人類的肌肉，它的品質以及速率等會對整個設備的運動水平產生很大的影響。

當前時期我們國家自主生產的機器人中，大部分運用的都是日本產的驅動裝置。它的測量體系，主要是用來測量移動設備的運動零件以及速率，還可以辨別存在的阻礙物等，分析抓舉零件的自重是不是超過了規定。通常機器人自身運動部件及工件重量的測量，使用伺服驅動系統提供的位置及電流信息，工件位置、障礙物識別等使用機器視覺等外接的測量設備。

1.2 工業機器人技術參數

1.2.1 自由度數和類型。自由度（DOF）是指機器人所具有的獨立坐標軸運動的數目。當該數值多的時候，設備的靈便性就高，不過它的結構也更加的繁瑣。在具體的設計的時候，必須結合它的使用方向來設計，通常高于三個低于六個。假如低于該數值的話就無法稱之為機器人。如果超過六個的話我們就將其稱為冗余數值。它可以使得設備躲避阻礙物質，提升它的性能指數。

1.2.2 結構形式。所謂的結構形式具體的說指的是設備的運動鏈的樣式，比如并串聯等。對于串聯樣式來講，它的優點是活動區間較大，不過缺陷在于速度方面無法實現最大。對于并聯樣式來講，它的優勢是速度非常好，不過它的活動區域有所限制。

1.2.3 運動范圍。所謂的運動范圍，具體的說是設備關節的活動區間。因為設備執行器是不完全一樣的，因此為了能夠合理的反饋出設備的特征，在工作范圍內一般不安裝執行器。該范圍的大小和很多要素有關系，比如設備的所有的連接桿的大小以及它的整體的構造。它的形狀以及大小等對其整體的運作來講非常關鍵，設備在活動的時候有時候會因為手無法到達某個區域而無法開展好工作。

1.2.4 最大速度。所謂的最大速率，具體的說是設備關節的最高速率。不過在實際工作中，每個生產廠家對其定義并不是完全一樣的，一般都會在相關材料中闡述。通常來講，當該數值高的時候，效率就相應的要高。

1.2.5 負載能力。所謂的負載水平，具體的說是設備在特定的精度以及活動區間下可以擔負的最高的負載，它對設備的成本有很大的影響。它指的設備在活動區域內的所有姿勢上可以擔負的最高的重量。它不但和負載的品質有關系，還和設備本身的運行速率以及方位等有很大的聯系。為了確保安全，一般把該指標確定為高速運行時的承載能力。

1.2.6 重復定位精度。該精度具體的說是設備在多次運行之后，到達相同方位的最大的失誤區間。它要求環境一樣，狀態一樣，目標一樣，指令一樣。由于該數值不會受到外在力的干擾，所以我們常使用該要素來判定設備的工作能力。

1.2.7 控制方式。控制方式指機器人運動控制的方式。

1.2.8 驅動方式。機器人驅動多采用交流電機的方式進行驅動，這也是目前工業機器人比較常用的一種驅動方式。此外，驅動方式還包括液壓、氣動、步進等驅動。

2 機器人軟件開發

2.1 底層

一般編寫的時候會使用C語言，而且要參考許多的軟件以及硬件內容，牽扯到很多要素。由于相關的硬件內容很多，所以一般由生產者掌控，別的人無法進行編寫工作。

2.2 中間層

一般指基于底層開發的，使用C語言或類似的中高級語言編寫的，面向某個行業應用的軟件。

2.3 應用層

通常指使用特定機器人語言編寫的，運行于控制器軟件之上的軟件。

3 機器人應用現狀

3.1 國內應用現狀

我國工業機器人的需求量將以每年30%以上的速度增長。從絕對數量上看，中國的機器人數量僅為日本的18%；在汽車產業，每萬名工人中機器人數量只有90臺，而日本有1600多臺。工業機器人應用從單臺機器人單元向使用機器人的生產線方向發展。由于工業生產所用的機器人大多數是在生產線上使用，組成機器人化的生產系統，單臺機器人很少使用。并且一般企業都不具備將機器人集成到生產系統的能力，因此對機器人的需求也就轉化為對機器人及其自動化成套裝備的需求。

3.2 國外應用現狀

機器人產業是繼汽車、計算機之后出現的新的大型高技術產業，發展速度很快。據國際機器人聯合會（IFR）統計，從20世紀下半葉起，世界工業機器人產業一直保持著穩步增長的良好勢頭。進入90年代，機器人產品發展速度加快，年增長率平均在10%左右，2000年增長率上升到15%。

目前機器人已廣泛應用于各行各業，并且在向更多行業邁進。目前，全球現役工業機器人108萬臺。過去10年，機器人的價格降低約80%，還在繼續下降，而歐美勞動力成本上漲了50%。除傳統的工業領域外，還進入家政服務、農業、軍事等領域。

4 工業機器人核心技術及面臨的主要問題

當前時期我們必須積極地研發機器人關鍵技術，所謂的關鍵技術指的是它的主要零件，比如控制體系以及減速裝置和伺服體系等。對于減速裝置來講，它是當前各個國家的競爭關鍵點，在西方國家目前已經可以將這方面的費用控制到總費用的六分之一左右，但是對于我們國家來講仍然在三分之一左右。很顯然這就使得我們國家在這方面沒有競爭力。對于伺服體系來講，它在總的體系費用里占據的比例很大，而且會因為設備負載的增加而增加。當前我們國家生產的伺服系統存在著功率密度低、可靠性差的缺點，推廣受到極大限制。

5 結束語

通過上文的分析我們得知，隨著經濟的進步，時代的發展，科技必然會不斷的進步，此時很多先進的工藝技術等開始大量的使用到各個行業以及領域之中。比如機器人的應用就是最為明顯的一個表現。對于工業機器人來講，它們的出現對于帶動行業的發展來講有非常大的幫助，能夠節省勞動力，還能夠提升效率，降低失誤現象的發生幾率。我們國家目前在此方面的研究已經開展得比較好，不過還存在一些欠缺之處，這就需要廣大的工作者必須要認真的分析，借鑒國外的優秀經驗，加快自主創新。

參考文獻

[1]張玫.機器人技術[M].機械工業出版社，2012.

[2]郭洪紅.工業機器人技術[M].西安電子科技大學出版社，2012.