机器人应用技术分析

马志凯 李珊珊

摘 要：随着科技的不断创新与改革，机器人被广泛应用于各个领域之中并推动着相关行业的建设发展，如工业生产、军事培训、航海探索等。不仅如此，机器人在医院、家庭以及服务行业都开始应用，且在各大高等院校中作为课堂实践而被充分使用。从某种定义上来讲，机器人的种类分为多种类型，文章主要针对常用的机器人技术参数等信息进行简要分析与总结，并就其实际应用提出了合理化的建议措施，仅供参考。

关键词：机器人；控制器；伺服系统；核心

机器人是“一种装备有记忆装置和末端执行装置的、能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。一般我们把它分为工业的以及智能的两个类型。

1 工业机器人概述

1.1 构造

站在结构的层次上来分析，它可被划分成串联的以及并列的两种，当前时期使用较为普遍的是第二种。它有两个构成部分，分别是手腕以及手臂。它的手臂活动区域对活动空间有很大的影响。而手腕是工具和主体的连接部分。

从机器人系统整体来看，分为控制器、伺服驱动系统、机构、测量及传感器。控制器存在的意义是为了调控其所有的運动零件的活动方位以及工作的速率，确保它的手能够按照设定好的速率运行，进而实现目的。它就相当于是我们人类的大脑一样，它的性质和功效会对整个设备的能力产生很大的影响。对于驱动体系来讲，它为设备所有的运动零件供应动力。它相当于我们人类的肌肉，它的品质以及速率等会对整个设备的运动水平产生很大的影响。

当前时期我们国家自主生产的机器人中，大部分运用的都是日本产的驱动装置。它的测量体系，主要是用来测量移动设备的运动零件以及速率，还可以辨别存在的阻碍物等，分析抓举零件的自重是不是超过了规定。通常机器人自身运动部件及工件重量的测量，使用伺服驱动系统提供的位置及电流信息，工件位置、障碍物识别等使用机器视觉等外接的测量设备。

1.2 工业机器人技术参数

1.2.1 自由度数和类型。自由度（DOF）是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目。当该数值多的时候，设备的灵便性就高，不过它的结构也更加的繁琐。在具体的设计的时候，必须结合它的使用方向来设计，通常高于三个低于六个。假如低于该数值的话就无法称之为机器人。如果超过六个的话我们就将其称为冗余数值。它可以使得设备躲避阻碍物质，提升它的性能指数。

1.2.2 结构形式。所谓的结构形式具体的说指的是设备的运动链的样式，比如并串联等。对于串联样式来讲，它的优点是活动区间较大，不过缺陷在于速度方面无法实现最大。对于并联样式来讲，它的优势是速度非常好，不过它的活动区域有所限制。

1.2.3 运动范围。所谓的运动范围，具体的说是设备关节的活动区间。因为设备执行器是不完全一样的，因此为了能够合理的反馈出设备的特征，在工作范围内一般不安装执行器。该范围的大小和很多要素有关系，比如设备的所有的连接杆的大小以及它的整体的构造。它的形状以及大小等对其整体的运作来讲非常关键，设备在活动的时候有时候会因为手无法到达某个区域而无法开展好工作。

1.2.4 最大速度。所谓的最大速率，具体的说是设备关节的最高速率。不过在实际工作中，每个生产厂家对其定义并不是完全一样的，一般都会在相关材料中阐述。通常来讲，当该数值高的时候，效率就相应的要高。

1.2.5 负载能力。所谓的负载水平，具体的说是设备在特定的精度以及活动区间下可以担负的最高的负载，它对设备的成本有很大的影响。它指的设备在活动区域内的所有姿势上可以担负的最高的重量。它不但和负载的品质有关系，还和设备本身的运行速率以及方位等有很大的联系。为了确保安全，一般把该指标确定为高速运行时的承载能力。

1.2.6 重复定位精度。该精度具体的说是设备在多次运行之后，到达相同方位的最大的失误区间。它要求环境一样，状态一样，目标一样，指令一样。由于该数值不会受到外在力的干扰，所以我们常使用该要素来判定设备的工作能力。

1.2.7 控制方式。控制方式指机器人运动控制的方式。

1.2.8 驱动方式。机器人驱动多采用交流电机的方式进行驱动，这也是目前工业机器人比较常用的一种驱动方式。此外，驱动方式还包括液压、气动、步进等驱动。

2 机器人软件开发

2.1 底层

一般编写的时候会使用C语言，而且要参考许多的软件以及硬件内容，牵扯到很多要素。由于相关的硬件内容很多，所以一般由生产者掌控，别的人无法进行编写工作。

2.2 中间层

一般指基于底层开发的，使用C语言或类似的中高级语言编写的，面向某个行业应用的软件。

2.3 应用层

通常指使用特定机器人语言编写的，运行于控制器软件之上的软件。

3 机器人应用现状

3.1 国内应用现状

我国工业机器人的需求量将以每年30%以上的速度增长。从绝对数量上看，中国的机器人数量仅为日本的18%；在汽车产业，每万名工人中机器人数量只有90台，而日本有1600多台。工业机器人应用从单台机器人单元向使用机器人的生产线方向发展。由于工业生产所用的机器人大多数是在生产线上使用，组成机器人化的生产系统，单台机器人很少使用。并且一般企业都不具备将机器人集成到生产系统的能力，因此对机器人的需求也就转化为对机器人及其自动化成套装备的需求。

3.2 国外应用现状

机器人产业是继汽车、计算机之后出现的新的大型高技术产业，发展速度很快。据国际机器人联合会（IFR）统计，从20世纪下半叶起，世界工业机器人产业一直保持着稳步增长的良好势头。进入90年代，机器人产品发展速度加快，年增长率平均在10%左右，2000年增长率上升到15%。

目前机器人已广泛应用于各行各业，并且在向更多行业迈进。目前，全球现役工业机器人108万台。过去10年，机器人的价格降低约80%，还在继续下降，而欧美劳动力成本上涨了50%。除传统的工业领域外，还进入家政服务、农业、军事等领域。

4 工业机器人核心技术及面临的主要问题

当前时期我们必须积极地研发机器人关键技术，所谓的关键技术指的是它的主要零件，比如控制体系以及减速装置和伺服体系等。对于减速装置来讲，它是当前各个国家的竞争关键点，在西方国家目前已经可以将这方面的费用控制到总费用的六分之一左右，但是对于我们国家来讲仍然在三分之一左右。很显然这就使得我们国家在这方面没有竞争力。对于伺服体系来讲，它在总的体系费用里占据的比例很大，而且会因为设备负载的增加而增加。当前我们国家生产的伺服系统存在着功率密度低、可靠性差的缺点，推广受到极大限制。

5 结束语

通过上文的分析我们得知，随着经济的进步，时代的发展，科技必然会不断的进步，此时很多先进的工艺技术等开始大量的使用到各个行业以及领域之中。比如机器人的应用就是最为明显的一个表现。对于工业机器人来讲，它们的出现对于带动行业的发展来讲有非常大的帮助，能够节省劳动力，还能够提升效率，降低失误现象的发生几率。我们国家目前在此方面的研究已经开展得比较好，不过还存在一些欠缺之处，这就需要广大的工作者必须要认真的分析，借鉴国外的优秀经验，加快自主创新。

参考文献

[1]张玫.机器人技术[M].机械工业出版社，2012.

[2]郭洪红.工业机器人技术[M].西安电子科技大学出版社，2012.