对于当下找工作都困难的人类来说,机器人时代的来临,绝对不是来和我们分一杯羹,而是连碗都可能将保不住了,就业压力何其大。棋盘都已被机器人攻破,君再不知彼一下,如何在未来立足呢?我们先来了解一下工业机器人的基础知识。
1920年,捷克斯洛伐克小说家、剧作家卡雷尔·恰佩克在他的科幻作品《罗萨姆的机器人万能公司》中,根据Robota(捷克文,原意为“劳役、苦工”)和Robotnik(波兰文,原意为“工人”),创造出“机器人(Robot)”这个词。此后该词被欧洲各国语言所吸收而成为专有名词。
第一代机器人
19世纪50、60年代,随着机构理论和伺服理论的发展,机器人进入了实用阶段。1954年美国的G.C.Devol发表了“通用机器人”专利;1960年美国的AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人,可进行点位和轨迹控制,这是世界上第一种应用于工业生产的机器人。
70年代,随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展,机器人也得到了迅速的发展。1974年Cincinnati Milacron公司成功开发了多关节机器人;1979年,Unimation 公司又推出了PUMA机器人,它是一种多关节、全电机驱动、多CPU二级控制的机器人,采用VAL专用语言,可配视觉、触觉、力觉传感器,在当时是技术最先进的工业机器人,现在的工业机器人在结构上大体都以此为基础。这一时期的机器人属于“示教再现”(Teach-in/Playback)型机器人,只具有记忆、存储能力,按相应程序重复作业,对周围环境基本没有感知或反馈控制能力。
第二代机器人
进入80年代,随着传感技术,包括视觉传感器、非视觉传感器(力觉、触觉、接近觉等)以及信息处理技术的发展,出现了第二代机器人——有感觉的机器人。它能够获得作业环境和作业对象的部分相关信息,进行一定的实时处理,引导机器人进行作业。第二代机器人已近进入了使用化,在工业生产中得到了广泛应用。
第三代机器人
目前正在研究的“智能机器人”,它不仅具有比第二代机器人更加完善的环境感知能力,而且还具有逻辑思维、判断和决策能力,可根据作业要求与环境信息自主地进行工作。
Lsaac Asimov 在《I’m Robot》中提出了“机器人三原则”:
第一条:机器人不得伤害人类,或无故使人类受到伤害。
第二条:机器人必须服从人类的命令,除非这条命令与第一条相矛盾。
第三条:机器人必须保护自己,除非这种保护与以上两条相矛盾。
并首次出现了“机器人学Robotics”的概念。
机器人学是人们设计和应用机器人的技巧和知识。
机器人系统不仅由机器人组成,还需要其他装置和系统连同机器人一起来共同完成必须的任务。
机器人学是一门交叉学科,它得益于机械工程、电气与电子工程、计算机科学、生物学以及其他许多学科。
我国科学家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器,所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力,如同感知能力、规划能力、动作能力和协同能力,是一种具有高度灵活性的自动化机器”。
1987年国际标准化组织对工业机器人进行了定义:“工业机器人是一种具有自动控制操作和移动功能,能完成各种作业的可编程操作机。”
仿生特征:模仿人的肢体动作
柔性特征:对作业具有广泛适应性
智能特征:具有对外界的感知能力
自动特征:自动完成作业任务
(通用及专用)一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作,如汽车制造、摩托车制造、航船制造、某些家电产品(电视机、电冰箱、洗衣机)、化工等行业自动化生产线中的点焊、弧焊、喷漆、切割、电子装配,以及物流系统的搬运、包装、码垛等作业的机器人。
机器人组成
工业机器人一般由执行机构、控制系统、驱动系统以及位置检测机构等几个部分组成
(1)执行机构是一种具有和人手相似的动作功能,可在空间抓放物体或执行其他操作的机械装置,通常包括一些部件:
手部:又称抓取机构或夹持器,用于直接抓取工件或工具。由此在手部安装的某些专用工具,如焊枪、喷枪、电钻、螺钉螺帽拧紧器等,可视为专用的特殊手部。
腕部:是连接手部和手臂的部件,用以调整手部的姿态和方位。
手臂:是制成手腕和手部的部件,由动力关节和连杆组成,用以承受工件或工具的负荷,改变工件或工具的空间位置,并将它们送至预定的位置。
机座:包括立柱,是整个工业机器人的基础部件,起着支撑和连接的作用。
(2) 控制系统是机器人的大脑。支配着机器人按照规定的程序运动,并记忆人们给予的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度等),同时按其控制系统的信息对执行机构发出执行指令。
(3) 驱动系统是按照控制系统发来的控制指令进行信息放大,驱动执行机构运动的传动装置,常用的有液压、气压、电气和机械等四种传动形式。
(4)位置检测装置通过力、位置、触觉、视觉等传感器检测机器人的运动位置和工作状态,并随时反馈给控制系统,以便使执行机构以一定的精度达到设定的位置。
工业机器人的分类
按系统功能分类:
(1)专用机器人:在固定地点以固定的程序工作的机器人。其结构简单,无独立控制系统,造价低廉,如附加在加工中心机床上的自动换刀机械手。
(2)通用机器人:具有独立控制系统,通过改变控制程序能完成多种作业的机器人。其结构复杂,工作范围大,定位精度高,通用性强,适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。
(3)示教再线式机器人:具有记忆功能,在操作者的示教操作后,能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复重现示教作业。
(4)智能机器人:采用机器控制,具有视觉、听觉、触觉等多种感觉功能和识别功能的机器人,通过比较和识别,能自主做出决策和策划,自动进行信息反馈,完成预定的动作。
按驱动方式分类
(1)气压传动机器人:以压缩空气作为动力源驱动执行机构运动的机器人,具有动作迅速、结构简单、成本低廉的特点,适用于高速轻载、高温和粉尘大的作业环境。
(2)液压传动机器人:采用液压元器件驱动,具有负载能力强、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏的特点,适用于重载或低速驱动场合。
(3)电气传动机器人:用交流或直流伺服电动机驱动的机器人,不需要中间转换机构,机械结构简单,响应速度快,控制精度高,是近年来常用的机器人传动方式。
按操作机的位置机构形式分类
(1)直角坐标机器人:结构简单;定位精度高;空间因数低。主要用于印刷电路基、板的元件插入、紧固螺丝等。
(2)圆柱坐标型:刚性好;空间利用率低。主要用于重物的卸载和搬运。
(3)极坐标、球坐标型:结构紧凑,所占空间较小。
(4)水平多关节型:垂直方向上的刚性好,适用于装配工作。
(5)垂直多关节型:动作范围宽、结构刚度低、精度较低。主要用于装配、搬运、弧焊、喷漆、点焊等。
按照机器人的用途分类:
工业机器人:焊接、喷漆、码垛、装配、搬运。
农业机器人:耕种、施肥、喷药、嫁接、移栽、收货、灌溉、养殖。
探索机器人:水下、太空、空间、危险环境。
服务机器人:清洁、护理、救援、娱乐、保安
其他机器人:医疗、福利、林业、渔业、建筑等。