機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)
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機(jī)器人是先進(jìn)制造技術(shù)和自動(dòng)化裝備的典型代表,是人造機(jī)器的“終極”形式。它涉及到機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域,是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成,因此它的發(fā)展與眾多學(xué)科發(fā)展密切相關(guān)。一方面,機(jī)器人在制造業(yè)應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣闊,其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的程度也越來(lái)越高,功能越來(lái)越強(qiáng),并向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展;另一方面,機(jī)器人向著非制造業(yè)應(yīng)用發(fā)展以及微小型方向發(fā)展,并將服務(wù)于人類(lèi)活動(dòng)的各個(gè)領(lǐng)域??傮w趨勢(shì)是,從狹義的機(jī)器人概念向廣義的機(jī)器人技術(shù)(RT)概念轉(zhuǎn)移,從工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向解決方案業(yè)務(wù)的機(jī)器人技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。機(jī)器人技術(shù)(RT)的內(nèi)涵已變?yōu)椤办`活應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)的、具有在實(shí)世界動(dòng)作功能的智能化系統(tǒng)”。
目前,國(guó)外機(jī)器人技術(shù)正在向智能機(jī)器和智能系統(tǒng)的方向發(fā)展,其現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1.機(jī)器人機(jī)構(gòu)技術(shù)
目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了多種類(lèi)型機(jī)器人機(jī)構(gòu),運(yùn)動(dòng)自由度從3自由度到7或8自由度不等,其結(jié)構(gòu)有串聯(lián)、并聯(lián)及垂直關(guān)節(jié)和平面關(guān)節(jié)多種。目前研究重點(diǎn)是機(jī)器人新的結(jié)構(gòu)、功能及可實(shí)現(xiàn)性,其目的是使機(jī)器功能更強(qiáng)、柔性更大、滿足不同目的的需求。另外研究機(jī)器人一些新的設(shè)計(jì)方法,探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料,進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比。同時(shí)機(jī)器人機(jī)構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。
2.機(jī)器人控制技術(shù)
現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的全數(shù)字化控制,控制能力可達(dá)21軸的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制;基于傳感器的控制技術(shù)已取得了重大進(jìn)展。目前重點(diǎn)研究開(kāi)放式、模塊化控制系統(tǒng),人機(jī)界面更加友好,具有良好的語(yǔ)言及圖形編輯界面。同時(shí)機(jī)器人的控制器的標(biāo)準(zhǔn)化和網(wǎng)絡(luò)化以及基于PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)式控制器已成為研究熱點(diǎn)。編程技術(shù)除進(jìn)一步提高在線編程的可操作性之外,離線編程的實(shí)用化將成為重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。
3.?dāng)?shù)字伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)
機(jī)器人已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)控制,絕對(duì)位置反饋。目前正研究利用計(jì)算機(jī)技術(shù),探索高效的控制驅(qū)動(dòng)算法,提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度;同時(shí)利用現(xiàn)場(chǎng)總線(FILDBUS)技術(shù),實(shí)現(xiàn)的分布式控制。
4.多傳感系統(tǒng)技術(shù)
為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性,多種傳感器的應(yīng)用是其問(wèn)題解決的關(guān)鍵。目前視覺(jué)傳感器、激光傳感器等已在機(jī)器人中成功應(yīng)用。下一步的研究熱點(diǎn)集中在有效可行的(特別是在非線性及非平穩(wěn)非正態(tài)分布的情形下)多傳感器融合算法,以及解決傳感系統(tǒng)的實(shí)用化問(wèn)題。
5.機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)
機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)主要包括機(jī)器人工作環(huán)境的優(yōu)化設(shè)計(jì)和智能作業(yè)。優(yōu)化設(shè)計(jì)主要利用各種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)手段,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)分析和仿真,提高設(shè)計(jì)效率和優(yōu)化。智能作業(yè)則是利用傳感器技術(shù)和控制方法,實(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)的高度柔性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性,同時(shí)降低操作人員參與的復(fù)雜性。目前,機(jī)器人的作業(yè)主要靠人的參與實(shí)現(xiàn)示教,缺乏自我學(xué)習(xí)和自我完善的能力。這方面的研究工作剛剛開(kāi)始。
6.機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)
網(wǎng)絡(luò)化使機(jī)器人由獨(dú)立的系統(tǒng)向群體系統(tǒng)發(fā)展,使遠(yuǎn)距離操作監(jiān)控、維護(hù)及遙控腦型工廠成為可能,這是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的一個(gè)里程碑。目前,機(jī)器人僅僅實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)通訊和控制,網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人是目前機(jī)器人研究中的熱點(diǎn)之一。
7.機(jī)器人靈巧化和智能化發(fā)展
機(jī)器人結(jié)構(gòu)越來(lái)越靈巧,控制系統(tǒng)愈來(lái)愈小,其智能也越來(lái)越高,并正朝著一體化方向發(fā)展。