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Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse三、机器人的分类经过几十年的发展,机器人的技术水平不断提高,应用范围越来越广,从早期的焊接、装配等工业应用,逐步向军事、空间、水下、农业、建筑、服务和娱乐等领域不断扩展,结构形式也多种多样。因此,机器人的分类也出现了多种方法、多种标准,本章主要介绍以下三种分类法。。第一代机器人是“示教再现”型。这类机器人能够按照人类预先示教的轨迹、行为、顺序和速度重复作业。示教可以由操作员“手把手”地进行,比如,操作人员抓住机器人上的喷枪,沿喷漆路线示范一遍,机器人记住了这一连串运动,工作时,自动重复这些运动,从而完成给定位置的喷漆工作。这种方式即是所谓的“直接示教”。但是,比较普遍的方式是通过控制面板示教。操作人员利用控制面板上的开关或键盘来控制机器人一步一步地运动,机器人自动记录下每一步,然后重复。目前在工业现场应用的机器人大多属于第一代。第二代机器人具有环境感知装置,能在一定程度上适应环境的变化。以焊接机器人为例,机器人焊接的过程一般是通过示教方式给出机器人的运动曲线,机器人携带焊枪走这个曲线,进行焊接。这就要求工件的一致性很好,也就是说工件被焊接的位置必须十分准确。否则,机器人走的曲线和工件上的实际焊缝位置会有偏差。为了解决这个问题,第二代机器人采用了焊缝跟踪技术,通过传感器感知焊缝的位置,再通过反馈控制,机器人就能够自动跟踪焊缝,从而对示教的位置进行修正,即使实际焊缝相对于原始设定的位置有变化,机器人仍然可以很好地完成焊接工作。类似的技术正越来越多地应用在机器人上。第三代机器人称为“智能机器人”,具有发现问题,并且能自主地解决问题的能力。作为发展目标,这类机器人具有多种传感器,不仅可以感知自身的状态,比如所处的位置、自身的故障情况等等;而且能够感知外部环境的状态,比如自动发现路况、测出协作机器的相对位置、相互作用的力等等。更为重要的是,能够根据获得的信息,进行逻辑推理、判断决策,在变化的内部状态与变化的外部环境中,自主决定自身的行为。这类机器人具有高度的适应性和自治能力。尽管经过多年来的不懈研究,人们研制了很多各具特点的试验装置,提出大量新思想、新方法,但现有机器人的自适应技术还是十分有限的。,典型机器人的机构运动特征是用其坐标特性来描述的。按机构运动特征,机器人通常可分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人和关节型机器人等类型。(1)直角坐标机器人。直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴,通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置,其动作空间为一长方体。直角坐标机器人结构简单,定位精度高,空间轨迹易于求解;但其动作范围相对较小,设备的空间因数较低,实现相同的动作空间要求时,机体本身的体积较大。主要用于印刷电路基板的元件插入、紧固螺丝等作业。(2)柱面坐标机器人。柱面坐标机器人的空间位置机构主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成,具有一个回转和两个平移自由度,其动作空间呈圆柱形。这种机器人结构简单、刚性好,但缺点是在机器人的动作范围内,必须有沿轴线前后方向的移动空间,空间利用率较低。主要用于重物的装卸、搬运等作业。著名的Versatran机器人就是一种典型的柱面坐标机器人。(3)球面坐标机器人。其空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定,动作空间形成球面的一部分。其机械手能够作前后伸缩移动、在垂直平面上摆动以及绕底座在水平面上转动。著名的Unimate就是这种类型的机器人。其特点是结构紧凑,所占空间体积小于直角坐标和柱面坐标机器人,但仍大于多关节型机器人。(4)多关节型机器人。由多个旋转和摆动机构组合而成。这类机器人结构紧凑、工作空间大、动作最接近人的动作,对喷漆、装配、焊接等多种作业都有良好的适应性,应用范围越来越广。不少著名的机器人都采用了这种型式,其摆动方向主要有铅垂方向和水平方向两种,因此这类机器人又可分为垂直多关节机器人和水平多关节机器人。如美国Unimation公司20世纪70年代末推出的机器人PUMA就是一种垂直多关节机器人,而日本山梨大学研制的机器人SCARA则是一种典型的水平多关节机器人。垂直多关节机器人模拟了人类的手臂功能,由垂直于地面的腰部旋转轴(相当于大臂旋转的肩部旋转轴)带动小臂旋转的肘部旋转轴以及小臂前端的手腕等构成。手腕通常由2~3个自由度构成。其动作空间近似一个球体,所以也称多关节球面机器人。其优点是可以自由地实现三维空间的各种姿势,可以生成各种复杂形状的轨迹。。缺点是结构刚度较低,动作的绝对位置精度磨较低