機器人技術綜合了計算機、控制論、機構學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多種學科,是一種高新技術,是當代研究十分活躍、應用日益廣泛的領域。機器人的應用情況是一個國家工業自動化水平高低的重要標志。

工業機器人包括三大部分六個子系統,其中三大部分是指機械部分、傳感部分和控制部分,六個子系統是指驅動系統、機械結構系統、感受系統、機器人―環境交互系統、人機交互系統和控制系統。一、工業機器人控制系統的特點與功能1.工業機器人控制系統的特點(1)機器人的控制與機構運動學和動力學密切相關,在各種坐標下都可對機器人手足狀態進行描述,應根據需要對參考坐標系進行選擇,并做適當的坐標變換。(2)即使一個較簡單的機器人也需要3~5個自由度,比較復雜的機器人則需要十幾個甚至幾十個自由度,每一個自由度一般都包含一個協調的伺服機構,組成一個多變量控制系統。(3)由計算機來實現多個獨立的伺服系統的協調控制其按照人的意志行動,甚至賦予機器人一定智能的任務。(4)描述機器人狀態和運動的是一個非線性數學模型,隨著狀態的改變和外力的變化,其參數也隨之變化,并且各變量之間還存在耦合,故只使用位置閉環是不夠的,還必須采用速度甚至加速度閉環。(5)機器人的動作往往可以通過不同的方式和路徑來完成,故存在一個“最優”的問題。對于較高級的機器人可采用人工智能的方法,利用計算機建立放大的信息庫,借助信息庫進行控制決策、管理和操作。2.工業機器人控制系統的主要功能(1)示教再現功能。其控制系統可以通過示教盒或手把手進行示教,將動作順序、運動速度、位置等信息用一定的方法預先教給機器人,由機器人的記憶裝置將所教的操作過程自動地紀錄在存儲器中,當需要再現操作時,重放存儲器中的內容即可。(2)運動控制功能。可對機器人末端操作器的位姿、速度、加速度等項目經行控制。二、控制系統的組成與控制方式1.工業機器人控制系統的組成及其作用(1)控制計算機。它是控制系統的調度指揮機構,一般使用微型計算機或微處理器。(2)示教盒。其作用是完成示教機器人工作軌跡、參數設定和所有的人機交互操作,它擁有獨立的CPU以及存儲單元,以串行通信方式與主計算機實現信息交互。(3)傳感器接口。它是用于信息的自動檢測,實現機器人柔順控制,一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。(4)軸控制器。其作用是完成機器人各關節位置、速度和加速度控制。(5)輔助設備控制。它用來控制和機器人配合的輔助設備。2.工業機器人的控制方式工業機器人有多種控制方式,按作業任務的不同,主要可分為四種。(1)點位控制方式。這種方式只對工業機器人末端執行器在作業空間中某些規定的離散點上位姿進行控制。在控制時,只要求工業機器人能夠快速、準確地在相鄰各點之間運動,對達到目標點的運動軌跡則不作任何規定。(2)連續軌跡控制方式。這種方式是對工業機器人末端執行器在作業空間中的位姿進行連續控制,要求嚴格按照預定的軌跡和速度在一定的精度范圍內運動,而且速度可控、軌跡光滑,運動平穩,以完成作業任務。(3)力(力矩)控制方式。在進行裝配、抓放物體等工作時,除了要求準確定位之外,還要求所使用的力或力矩必須合適,這時須要使用力(力矩)伺服方式。(4)智能控制方式 。其智能控制是通過傳感器獲得周圍環境的知識,并根據自身內部的知識庫作出相應的決策。采用智能控制技術,使機器人具有較強的環境適應性及自學習能力。三、機器人的應用領域工業機器人最早應用于汽車制造工業行業,隨著工業機器人應用范圍的延伸和擴大,現在已可代替人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環境中的工作和代替人完成繁重、單調的重復勞動。換言之,主要應用于三個方面:惡劣工作環境及危險工作;特殊作業場合和極限作業;自動化生產領域。具體有:(1)焊接機器人。這種機器人廣泛應用于汽車制造廠承重大梁和車身結構的焊接。(2)材料搬運機器人。用于上下料、碼垛、卸貨以及抓取零件定向等作業。(3)檢測。包括:確認零件尺寸是否在允許的公差內;控制零件按質量分類。(4)裝配機器人。裝配是一個比較復雜的作業過程,裝配機器人上有許多傳感器,如接觸傳感器、視覺傳感器、接近傳感器和聽覺傳感器等。(5)噴漆和噴涂。在進行三維表面噴漆和噴涂作業時,至少要有五個自由度。在大件上作業時,往往把機器人裝在一個導軌上,以便行走。