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盤點傳感器技術在工業機器人上的應用

電子工程師 ? 來源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-09-24 09:04 ? 次閱讀

如今聊天機器人正當風口,微軟小冰、Google Assistant、蘋果的 Siri、亞馬遜的 Alexa、Facebook的語音聊天機器人……美國的科技巨頭們早已開始在這個領域的較量。大多聊天機器人無非是和人們聊聊天、嘮嘮嗑,而近段時間,Facebook的兩個AI聊天機器人卻在互相對話中,發展出人類無法理解的獨特語言。

這引得無數人驚呼“機器在逐漸脫離人類的控制范圍?”

其實,人類之所以對機器人獲得自我意識如此恐懼,不僅僅是因為對于自己創造出的機器人的不可控。如果機器人只擁有目前的智力水平,人類有一萬種辦法消滅機器人大軍。

真正的可怕之處在于,機器人的智力模式與我們不同。他們擁有人類無法匹及的存儲系統,因此,一旦機器人的智能開啟,那么他們的智力將是成指數級增長的,甚至可能永遠不會停止。那時的人類對于機器人來說,可能真的只是一群螻蟻了。

關于聊天機器人的“密謀造反”事件,也有比較冷靜的小伙伴給出了另一種看法——這只是程序出現的一個Bug。

不管機器人會不會對人類產生威脅,各類機器人在工業生產和日常生活中的應用趨勢已不可避免。隨著機器人技術的發展,工業機器人已不在是簡單的搬運重物的工具,它們可以勝任許多精細、復雜的工作,且具有高達99%的工作準確率。

那么,如果真的有一天,人類世界真的被機器人控制,我們還有抵抗的辦法嗎?這里,小編就教大家一個對付機器人大軍的最佳辦法,那就是——拆掉它的傳感器

我們知道,機器人一般由機械本體、控制系統、傳感器、和驅動器等四部分組成。傳感器是機器人的感知系統,是機器人最重要的組成部分之一。多種不同功能的傳感器合理地組合在一起,才能為機器人提供更為詳細的外界環境信息。沒有傳感器的機器人,相當于失去感覺器官的人類,基本來說,就是一堆廢鐵了……

機器人能夠具備類似人類的知覺功能和反應能力的關鍵,正是由于傳感器技術的應用。那么,一臺精密的工業機器人身上擁有哪些傳感器呢?

視覺傳感器

視覺傳感器就像是機器人的眼睛,機器人在工作時通過視覺傳感器對環境物體獲取信息、識別物體、檢測物體定位,讓機器人獲取目標位置。視覺一般包括三個過程:圖像獲取、圖像處理和圖像理解。目前,視覺傳感器全球市場中的主流品牌有SICK、倍加福、西門子歐姆龍、RENYWELL等。

扭矩傳感器

扭矩傳感器可以說是機器人中的核心部件,它可以讓機器人感知力量,同時監控機械手臂上的力,根據數據分析,對機器人接下來行為作出指導,實現工業機器人的觸停、示教或力控打磨。目前,高端市場中的扭矩傳感器主要以歐美品牌為主,如霍尼韋爾、Futek等。

測距傳感器

當機器人在完成一個抓取需要垂直的深入要抓取的位置,視覺系統通常會被遮擋無法完成識別,這就需要測距傳感器來輔助定位,引導機器人完成正確抓取。

壓力傳感器

壓力傳感器可以感知動態壓力。在機器人抓取物件時,要控制好力度,避免破壞物品,這時就需要壓力傳感器饋,實現機器人的觸覺感知。

接近度傳感器

機器人在工作過程中還需要感知周圍物體的位置,并與他們保持安全的距離,才可以保證操作過程的安全。接近度傳感器用于檢測物體接近程度,分一般為超聲波接近度傳感器及紅外線接近度傳感器,超聲波接近度傳感器測距范圍較大,可用在移動機器人及大型機器人的機械夾手上;紅外線接近度傳感器的體積較小,通常用于機器人夾手

工業機器人的特點主要有以下幾方面:

1)可編程:工業機器人最大特點是柔性啟動化,柔性制造系統中的一個重要組成部分。工業機器人可隨其工作環境變化以及加工件的變化進行再編程,適合于小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造生產線的應用。

2)擬人化:工業機器人結合機器人與人的特點。軸工業機器人的結構上有類似人的行走、腰轉、大臂、小臂、手腕、手爪等部分,在控制上有電腦。其傳感器提高了工業機器人對周圍環境的自適應能力。

3)通用性:一般工業機器人在執行不同的作業任務時具有較好的通用性。當然也有專用的工業機器人。

4)機電一體化:工業機器人是機械學和微電子學的結合-機電一體化技術。工業機器人具有各種傳感器可以獲取外部環境信息,而且還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能,這些都是微電子技術的應用,特別是計算機技術的應用密切相關。

工業機器人的機械結構系統由機座、手臂、末端操作器三大部分組成,每一個大件都有若干個自由度的機械系統。若基座具備行走機構,則構成行走機器人;若基座不具備行走及彎腰機構,則構成單機器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕組成。末端操作器是直接裝在手腕上的一個重要部件,它可以是二手指或多手指的手抓,也可以是噴漆槍、焊具等作業工具

2)驅動系統,要使機器人運作起來,需要在各個關節即每個運動自由度上安置傳動裝置,這就是驅動系統。驅動系統可以是液壓傳動、氣壓傳動、電動傳動、或者把它們結合起來應用綜合系統,可以是直接驅動或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機械傳動機構進行間接傳動。

3)感知系統由內部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成,用以獲得內部和外部環境狀態中有意義的信息。智能傳感器的使用提高了機器人的機動性、適應性和智能化的水準。人類的感受系統對感知外部世界信息是極其靈巧的,然而,對于一些特殊的信息,傳感器比人類的感受系統更有效。

4)機器人環境交換系統是現代工業機器人與外部環境中的設備互換聯系和協調的系統。工業機器人與外部設備集成為一個功能單元,如加工單元、焊接單元、裝配單元等。當然,也可以是多臺機器人、多臺機床或設備、多個零件存儲裝置等集成為一個去執行復雜任務的功能單元。

5)人機交換系統是操作人員與機器人控制并與機器人聯系的裝置,例如,計算機的標準終端,指令控制臺,信息顯示板,危險信號報警器等。該系統歸納起來分為兩大類:指令給定裝置和信息顯示裝置。

6)機器人控制系統是機器人的大腦,是決定機器人功能和性能的主要因素。控制系統的任務是根據機器人的作業指令程序以及傳感器反饋回來的信號支配機器人的執行機構去完成規定的運動和功能。假如工業機器人不具備信息反饋特征,則為開環控制系統;若具備信息反饋特征,則為閉環控制系統。

根據控制原理,控制系統可分為程序控制系統、適應性控制系統和人工智能控制系統。根據控制運行的形式,控制系統可分為點位控制和軌跡控制。點位型只控制執行機構由一點到另一點的準確定位,適用于機床上下料、點焊和一般搬運、裝卸等作業;連續軌跡型可控制執行機構按給定軌跡運動,適用于連續焊接和涂裝等作業。控制系統的任務是根據機器人的作業指令程序以及傳感器反饋回來的信號支配機器人的執行機構去完成規定的運動和功能。

假如工業機器人不具備信息反饋特征,則為開環控制系統;若具備信息反饋特征,則為閉環控制系統。根據控制原理,控制系統可分為程序控制系統、適應性控制系統和人工智能控制系統。根據控制運行的形式,控制系統可分為點位控制和軌跡控制。一套完整的工業機器人包括機器人本體、系統軟件、控制柜、外圍機械設備、CCD視覺、夾具/抓手、外圍設備PLC控制柜、示教器/示教盒

工業機器人設備下面重點對機器人的驅動系統、感知系統作出介紹

。2.機器人的驅動系統工業機器人的驅動系統,按動力源分為液壓,氣動和電動三大類。根據需要也可由這三種基本類型組合成復合式的驅動系統。

這三類基本驅動系統的各有自己的特點。

液壓驅動系統:由于液壓技術是一種比較成熟的技術。它具有動力大、力(或力矩)與慣量比大、快速響應高、易于實現直接驅動等特點。適于在承載能力大,慣量大以及在防焊環境中工作的這些機器人中應用。但液壓系統需進行能量轉換(電能轉換成液壓能),速度控制多數情況下采用節流調速,效率比電動驅動系統低。液壓系統的液體泄泥會對環境產生污染,工作噪聲也較高。因這些弱點,近年來,在負荷為100kg以下的機器人中往往被電動系統所取代。青島華東工程機械有限公司研制的全液壓重載機器人如圖所示。其大跨度的承載可達到2000kg,機器人的活動半徑可達到近6m,應用在鑄鍛行業。

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原文標題:mojay看世界:工業機器人與傳感器的書劍情緣

文章出處:【微信號:mojay_semi,微信公眾號:茂捷半導體】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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