机器人

具有类似某些生物器官功能、用以完成特定操作或移动任务的应用程序控制的机械电子自动装置。程序控制的多关节机械手也被称作机器人。复杂的机器人除机械手外,还具有多种人类器官的功能,如触觉、视觉、听觉、行走机构以及用计算机实现的控制和规划系统。

发展过程

机器人的发展分为三个阶段。第一阶段是固定程序和遥控式机器人;第二阶段是可变程序和示教再现式机器人;第三阶段是智能机器人。固定程序机器人通常由程序转筒或矩阵插销板控制,灵活性很差,只适用于工艺流程比较固定的大批量生产线。可变程序机器人一般由计算机控制,适用于工艺多变的小批量生产线。示教再现式机器人在改变程序时便于人机联系,省去每次重新编制程序的工作。这种机器人有简单的学习功能,但仍不能适应环境复杂多变场合的需要。人们希望能有一定“自治”功能的智能机器人,以满足更高的要求。

智能机器人

智能机器人能自动识别周围环境(如水下识别地貌)并自动作出行动规划(如绕过障碍)。

(1)识别环境:主要通过视觉、听觉和触觉(触觉包括力觉和滑觉)的敏感元件将信息输入到计算机,经过处理后,提取关键信息,并对它进行识别和理解。视觉是由电视摄像机输入二维图像,先进行预处理,然后抽取特征,据此进行识别。若对象为立体景物,则必须从若干二维平面图像或其他纹理特征“想象”出三维立体景物,并判断各景物之间的相互关系或确定物体的距离。力觉和滑觉用于调节机械手的抓握力,使之恰好能抓住物体,既不用力过猛,又不致滑落。触觉可识别简单几何物体的形状。听觉可作为人机联系的手段。在有限范围内,机器人可以接受自然语言。除了声音识别外,还应具有理解自然语言的能力。在特殊场合,可用超声成像代替视觉。

(2)制定行动规划:机器人应具有自动求解问题的能力。例如,工作台上有三个工件A、B和C,它们的相对位置是A在B上,而B又在C上。向机器人下达的任务是将C置于B上,自动规划系统根据当前状态和目标状态和各项操作的前提条件,考虑到要在B上置物,必须清除B的上面,为了抓住C又必须清除C的上面,因此制定出如下的行动规划:先将A放到工作台上;再将B放到工作台上;最后将C放到B上。这类问题可由一套特殊的产生式规则在状态空间中搜索求解。为了得出操作序列,可以从当前的状态集出发,进行正向搜索,也可从目标状态集出发进行逆向搜索,也可根据目标状态和当前状态的差选择合适的操作(手段-目的分析法)等多种求解策略。

应用

机器人是离散型生产过程自动化的必然产物,特别是在危险有害、单调、孤寂狭小的环境下,由机器人工作更显得优越。应用较多的是产业机器人,一种典型的应用是点位作业(如给冲床送料,玻璃管装箱)和连续轨迹作业(如喷漆)。另一种是具有俯仰、伸缩、手腕摆动和回转等多个自由度的机器人,广泛用于汽车装配线上、完成焊接装配等作业。配有视觉的机械手称为手-眼系统是简单的智能机器人,它可以自动识别传送带上的工件,进行装配;或检查产品外观,从中挑出次品;或观察焊接时的电弧形状,调整焊枪的距离和走向。

参考文章