盤點傳感器技術(shù)在工業(yè)機器人上的應(yīng)用

如今聊天機器人正當風(fēng)口，微軟小冰、Google Assistant、蘋果的 Siri、亞馬遜的 Alexa、Facebook的語音聊天機器人……美國的科技巨頭們早已開始在這個領(lǐng)域的較量。大多聊天機器人無非是和人們聊聊天、嘮嘮嗑，而近段時間，F(xiàn)acebook的兩個AI聊天機器人卻在互相對話中，發(fā)展出人類無法理解的獨特語言。

這引得無數(shù)人驚呼“機器在逐漸脫離人類的控制范圍？”

其實，人類之所以對機器人獲得自我意識如此恐懼，不僅僅是因為對于自己創(chuàng)造出的機器人的不可控。如果機器人只擁有目前的智力水平，人類有一萬種辦法消滅機器人大軍。

真正的可怕之處在于，機器人的智力模式與我們不同。他們擁有人類無法匹及的存儲系統(tǒng)，因此，一旦機器人的智能開啟，那么他們的智力將是成指數(shù)級增長的，甚至可能永遠不會停止。那時的人類對于機器人來說，可能真的只是一群螻蟻了。

關(guān)于聊天機器人的“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Bug。

不管機器人會不會對人類產(chǎn)生威脅，各類機器人在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用趨勢已不可避免。隨著機器人技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機器人已不在是簡單的搬運重物的工具，它們可以勝任許多精細、復(fù)雜的工作，且具有高達99%的工作準確率。

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

我們知道，機器人一般由機械本體、控制系統(tǒng)、傳感器、和驅(qū)動器等四部分組成。傳感器是機器人的感知系統(tǒng)，是機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，才能為機器人提供更為詳細的外界環(huán)境信息。沒有傳感器的機器人，相當于失去感覺器官的人類，基本來說，就是一堆廢鐵了……

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

視覺傳感器

視覺傳感器就像是機器人的眼睛，機器人在工作時通過視覺傳感器對環(huán)境物體獲取信息、識別物體、檢測物體定位，讓機器人獲取目標位置。視覺一般包括三個過程：圖像獲取、圖像處理和圖像理解。目前，視覺傳感器全球市場中的主流品牌有SICK、倍加福、西門子、歐姆龍、RENYWELL等。

扭矩傳感器

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

測距傳感器

當機器人在完成一個抓取需要垂直的深入要抓取的位置，視覺系統(tǒng)通常會被遮擋無法完成識別，這就需要測距傳感器來輔助定位，引導(dǎo)機器人完成正確抓取。

壓力傳感器

壓力傳感器可以感知動態(tài)壓力。在機器人抓取物件時，要控制好力度，避免破壞物品，這時就需要壓力傳感器饋，實現(xiàn)機器人的觸覺感知。

接近度傳感器

機器人在工作過程中還需要感知周圍物體的位置，并與他們保持安全的距離，才可以保證操作過程的安全。接近度傳感器用于檢測物體接近程度，分一般為超聲波接近度傳感器及紅外線接近度傳感器，超聲波接近度傳感器測距范圍較大，可用在移動機器人及大型機器人的機械夾手上；紅外線接近度傳感器的體積較小，通常用于機器人夾手

工業(yè)機器人的特點主要有以下幾方面：

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

2）擬人化：工業(yè)機器人結(jié)合機器人與人的特點。軸工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)上有類似人的行走、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)機器人對周圍環(huán)境的自適應(yīng)能力。

3）通用性：一般工業(yè)機器人在執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)時具有較好的通用性。當然也有專用的工業(yè)機器人。

4）機電一體化：工業(yè)機器人是機械學(xué)和微電子學(xué)的結(jié)合-機電一體化技術(shù)。工業(yè)機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、語言理解能力、圖像識別能力、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，特別是計算機技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。

工業(yè)機器人的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機座、手臂、末端操作器三大部分組成，每一個大件都有若干個自由度的機械系統(tǒng)。若基座具備行走機構(gòu)，則構(gòu)成行走機器人；若基座不具備行走及彎腰機構(gòu)，則構(gòu)成單機器人臂。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)動系統(tǒng)，要使機器人運作起來，需要在各個關(guān)節(jié)即每個運動自由度上安置傳動裝置，這就是驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)可以是液壓傳動、氣壓傳動、電動傳動、或者把它們結(jié)合起來應(yīng)用綜合系統(tǒng)，可以是直接驅(qū)動或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機械傳動機構(gòu)進行間接傳動。

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器人的機動性、適應(yīng)性和智能化的水準。人類的感受系統(tǒng)對感知外部世界信息是極其靈巧的，然而，對于一些特殊的信息，傳感器比人類的感受系統(tǒng)更有效。

4)機器人環(huán)境交換系統(tǒng)是現(xiàn)代工業(yè)機器人與外部環(huán)境中的設(shè)備互換聯(lián)系和協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。工業(yè)機器人與外部設(shè)備集成為一個功能單元，如加工單元、焊接單元、裝配單元等。當然，也可以是多臺機器人、多臺機床或設(shè)備、多個零件存儲裝置等集成為一個去執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的功能單元。

5)人機交換系統(tǒng)是操作人員與機器人控制并與機器人聯(lián)系的裝置，例如，計算機的標準終端，指令控制臺，信息顯示板，危險信號報警器等。該系統(tǒng)歸納起來分為兩大類：指令給定裝置和信息顯示裝置。

6)機器人控制系統(tǒng)是機器人的大腦，是決定機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)機器人的作業(yè)指令程序以及傳感器反饋回來的信號支配機器人的執(zhí)行機構(gòu)去完成規(guī)定的運動和功能。假如工業(yè)機器人不具備信息反饋特征，則為開環(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)控制運行的形式，控制系統(tǒng)可分為點位控制和軌跡控制。點位型只控制執(zhí)行機構(gòu)由一點到另一點的準確定位，適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機構(gòu)按給定軌跡運動，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)機器人的作業(yè)指令程序以及傳感器反饋回來的信號支配機器人的執(zhí)行機構(gòu)去完成規(guī)定的運動和功能。

假如工業(yè)機器人不具備信息反饋特征，則為開環(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)控制運行的形式，控制系統(tǒng)可分為點位控制和軌跡控制。一套完整的工業(yè)機器人包括機器人本體、系統(tǒng)軟件、控制柜、外圍機械設(shè)備、CCD視覺、夾具/抓手、外圍設(shè)備PLC控制柜、示教器/示教盒

工業(yè)機器人設(shè)備下面重點對機器人的驅(qū)動系統(tǒng)、感知系統(tǒng)作出介紹

。2.機器人的驅(qū)動系統(tǒng)工業(yè)機器人的驅(qū)動系統(tǒng)，按動力源分為液壓，氣動和電動三大類。根據(jù)需要也可由這三種基本類型組合成復(fù)合式的驅(qū)動系統(tǒng)。

這三類基本驅(qū)動系統(tǒng)的各有自己的特點。

液壓驅(qū)動系統(tǒng)：由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)。它具有動力大、力(或力矩)與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實現(xiàn)直接驅(qū)動等特點。適于在承載能力大，慣量大以及在防焊環(huán)境中工作的這些機器人中應(yīng)用。但液壓系統(tǒng)需進行能量轉(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，效率比電動驅(qū)動系統(tǒng)低。液壓系統(tǒng)的液體泄泥會對環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪聲也較高。因這些弱點，近年來，在負荷為100kg以下的機器人中往往被電動系統(tǒng)所取代。青島華東工程機械有限公司研制的全液壓重載機器人如圖所示。其大跨度的承載可達到2000kg，機器人的活動半徑可達到近6m，應(yīng)用在鑄鍛行業(yè)。