盤(pán)點(diǎn)傳感器技術(shù)在工業(yè)機(jī)器人上的應(yīng)用

如今聊天機(jī)器人正當(dāng)風(fēng)口，微軟小冰、Google Assistant、蘋(píng)果的 Siri、亞馬遜的 Alexa、Facebook的語(yǔ)音聊天機(jī)器人……美國(guó)的科技巨頭們?cè)缫验_(kāi)始在這個(gè)領(lǐng)域的較量。大多聊天機(jī)器人無(wú)非是和人們聊聊天、嘮嘮嗑，而近段時(shí)間，F(xiàn)acebook的兩個(gè)AI聊天機(jī)器人卻在互相對(duì)話(huà)中，發(fā)展出人類(lèi)無(wú)法理解的獨(dú)特語(yǔ)言。

這引得無(wú)數(shù)人驚呼“機(jī)器在逐漸脫離人類(lèi)的控制范圍？”

其實(shí)，人類(lèi)之所以對(duì)機(jī)器人獲得自我意識(shí)如此恐懼，不僅僅是因?yàn)閷?duì)于自己創(chuàng)造出的機(jī)器人的不可控。如果機(jī)器人只擁有目前的智力水平，人類(lèi)有一萬(wàn)種辦法消滅機(jī)器人大軍。

真正的可怕之處在于，機(jī)器人的智力模式與我們不同。他們擁有人類(lèi)無(wú)法匹及的存儲(chǔ)系統(tǒng)，因此，一旦機(jī)器人的智能開(kāi)啟，那么他們的智力將是成指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的，甚至可能永遠(yuǎn)不會(huì)停止。那時(shí)的人類(lèi)對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，可能真的只是一群螻蟻了。

關(guān)于聊天機(jī)器人的“密謀造反”事件，也有比較冷靜的小伙伴給出了另一種看法——這只是程序出現(xiàn)的一個(gè)Bug。

不管機(jī)器人會(huì)不會(huì)對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生威脅，各類(lèi)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用趨勢(shì)已不可避免。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人已不在是簡(jiǎn)單的搬運(yùn)重物的工具，它們可以勝任許多精細(xì)、復(fù)雜的工作，且具有高達(dá)99%的工作準(zhǔn)確率。

那么，如果真的有一天，人類(lèi)世界真的被機(jī)器人控制，我們還有抵抗的辦法嗎？這里，小編就教大家一個(gè)對(duì)付機(jī)器人大軍的最佳辦法，那就是——拆掉它的傳感器。

我們知道，機(jī)器人一般由機(jī)械本體、控制系統(tǒng)、傳感器、和驅(qū)動(dòng)器等四部分組成。傳感器是機(jī)器人的感知系統(tǒng)，是機(jī)器人最重要的組成部分之一。多種不同功能的傳感器合理地組合在一起，才能為機(jī)器人提供更為詳細(xì)的外界環(huán)境信息。沒(méi)有傳感器的機(jī)器人，相當(dāng)于失去感覺(jué)器官的人類(lèi)，基本來(lái)說(shuō)，就是一堆廢鐵了……

機(jī)器人能夠具備類(lèi)似人類(lèi)的知覺(jué)功能和反應(yīng)能力的關(guān)鍵，正是由于傳感器技術(shù)的應(yīng)用。那么，一臺(tái)精密的工業(yè)機(jī)器人身上擁有哪些傳感器呢？

視覺(jué)傳感器

視覺(jué)傳感器就像是機(jī)器人的眼睛，機(jī)器人在工作時(shí)通過(guò)視覺(jué)傳感器對(duì)環(huán)境物體獲取信息、識(shí)別物體、檢測(cè)物體定位，讓機(jī)器人獲取目標(biāo)位置。視覺(jué)一般包括三個(gè)過(guò)程：圖像獲取、圖像處理和圖像理解。目前，視覺(jué)傳感器全球市場(chǎng)中的主流品牌有SICK、倍加福、西門(mén)子、歐姆龍、RENYWELL等。

扭矩傳感器

扭矩傳感器可以說(shuō)是機(jī)器人中的核心部件，它可以讓機(jī)器人感知力量，同時(shí)監(jiān)控機(jī)械手臂上的力，根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)機(jī)器人接下來(lái)行為作出指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的觸停、示教或力控打磨。目前，高端市場(chǎng)中的扭矩傳感器主要以歐美品牌為主，如霍尼韋爾、Futek等。

測(cè)距傳感器

當(dāng)機(jī)器人在完成一個(gè)抓取需要垂直的深入要抓取的位置，視覺(jué)系統(tǒng)通常會(huì)被遮擋無(wú)法完成識(shí)別，這就需要測(cè)距傳感器來(lái)輔助定位，引導(dǎo)機(jī)器人完成正確抓取。

壓力傳感器

壓力傳感器可以感知?jiǎng)討B(tài)壓力。在機(jī)器人抓取物件時(shí)，要控制好力度，避免破壞物品，這時(shí)就需要壓力傳感器饋，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的觸覺(jué)感知。

接近度傳感器

機(jī)器人在工作過(guò)程中還需要感知周?chē)矬w的位置，并與他們保持安全的距離，才可以保證操作過(guò)程的安全。接近度傳感器用于檢測(cè)物體接近程度，分一般為超聲波接近度傳感器及紅外線(xiàn)接近度傳感器，超聲波接近度傳感器測(cè)距范圍較大，可用在移動(dòng)機(jī)器人及大型機(jī)器人的機(jī)械夾手上；紅外線(xiàn)接近度傳感器的體積較小，通常用于機(jī)器人夾手

工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)主要有以下幾方面：

1）可編程：工業(yè)機(jī)器人最大特點(diǎn)是柔性啟動(dòng)化，柔性制造系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)器人可隨其工作環(huán)境變化以及加工件的變化進(jìn)行再編程，適合于小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造生產(chǎn)線(xiàn)的應(yīng)用。

2）擬人化：工業(yè)機(jī)器人結(jié)合機(jī)器人與人的特點(diǎn)。軸工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)上有類(lèi)似人的行走、腰轉(zhuǎn)、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。其傳感器提高了工業(yè)機(jī)器人對(duì)周?chē)h(huán)境的自適應(yīng)能力。

3）通用性：一般工業(yè)機(jī)器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時(shí)具有較好的通用性。當(dāng)然也有專(zhuān)用的工業(yè)機(jī)器人。

4）機(jī)電一體化：工業(yè)機(jī)器人是機(jī)械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合-機(jī)電一體化技術(shù)。工業(yè)機(jī)器人具有各種傳感器可以獲取外部環(huán)境信息，而且還具有記憶能力、語(yǔ)言理解能力、圖像識(shí)別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都是微電子技術(shù)的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。

工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機(jī)座、手臂、末端操作器三大部分組成，每一個(gè)大件都有若干個(gè)自由度的機(jī)械系統(tǒng)。若基座具備行走機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成行走機(jī)器人；若基座不具備行走及彎腰機(jī)構(gòu)，則構(gòu)成單機(jī)器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端操作器是直接裝在手腕上的一個(gè)重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是噴漆槍、焊具等作業(yè)工具

2)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，要使機(jī)器人運(yùn)作起來(lái)，需要在各個(gè)關(guān)節(jié)即每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度上安置傳動(dòng)裝置，這就是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以是液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、電動(dòng)傳動(dòng)、或者把它們結(jié)合起來(lái)應(yīng)用綜合系統(tǒng)，可以是直接驅(qū)動(dòng)或者通過(guò)同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行間接傳動(dòng)。

3)感知系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，用以獲得內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。智能傳感器的使用提高了機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性和智能化的水準(zhǔn)。人類(lèi)的感受系統(tǒng)對(duì)感知外部世界信息是極其靈巧的，然而，對(duì)于一些特殊的信息，傳感器比人類(lèi)的感受系統(tǒng)更有效。

4)機(jī)器人環(huán)境交換系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人與外部環(huán)境中的設(shè)備互換聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。工業(yè)機(jī)器人與外部設(shè)備集成為一個(gè)功能單元，如加工單元、焊接單元、裝配單元等。當(dāng)然，也可以是多臺(tái)機(jī)器人、多臺(tái)機(jī)床或設(shè)備、多個(gè)零件存儲(chǔ)裝置等集成為一個(gè)去執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。

5)人機(jī)交換系統(tǒng)是操作人員與機(jī)器人控制并與機(jī)器人聯(lián)系的裝置，例如，計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)終端，指令控制臺(tái)，信息顯示板，危險(xiǎn)信號(hào)報(bào)警器等。該系統(tǒng)歸納起來(lái)分為兩大類(lèi)：指令給定裝置和信息顯示裝置。

6)機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素?？刂葡到y(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。假如工業(yè)機(jī)器人不具備信息反饋特征，則為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)；若具備信息反饋特征，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。

根據(jù)控制原理，控制系統(tǒng)可分為程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。根據(jù)控制運(yùn)行的形式，控制系統(tǒng)可分為點(diǎn)位控制和軌跡控制。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)?？刂葡到y(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序以及傳感器反饋回來(lái)的信號(hào)支配機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。

假如工業(yè)機(jī)器人不具備信息反饋特征，則為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)；若具備信息反饋特征，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)。根據(jù)控制原理，控制系統(tǒng)可分為程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)和人工智能控制系統(tǒng)。根據(jù)控制運(yùn)行的形式，控制系統(tǒng)可分為點(diǎn)位控制和軌跡控制。一套完整的工業(yè)機(jī)器人包括機(jī)器人本體、系統(tǒng)軟件、控制柜、外圍機(jī)械設(shè)備、CCD視覺(jué)、夾具/抓手、外圍設(shè)備PLC控制柜、示教器/示教盒

工業(yè)機(jī)器人設(shè)備下面重點(diǎn)對(duì)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)作出介紹

。2.機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，按動(dòng)力源分為液壓，氣動(dòng)和電動(dòng)三大類(lèi)。根據(jù)需要也可由這三種基本類(lèi)型組合成復(fù)合式的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

這三類(lèi)基本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的各有自己的特點(diǎn)。

液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)。它具有動(dòng)力大、力(或力矩)與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。適于在承載能力大，慣量大以及在防焊環(huán)境中工作的這些機(jī)器人中應(yīng)用。但液壓系統(tǒng)需進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換(電能轉(zhuǎn)換成液壓能)，速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低。液壓系統(tǒng)的液體泄泥會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪聲也較高。因這些弱點(diǎn)，近年來(lái)，在負(fù)荷為100kg以下的機(jī)器人中往往被電動(dòng)系統(tǒng)所取代。青島華東工程機(jī)械有限公司研制的全液壓重載機(jī)器人如圖所示。其大跨度的承載可達(dá)到2000kg，機(jī)器人的活動(dòng)半徑可達(dá)到近6m，應(yīng)用在鑄鍛行業(yè)。