盘点传感器技术在工业机器人上的应用

如今聊天机器人正当风口，微软小冰、Google Assistant、苹果的 Siri、亚马逊的 Alexa、Facebook的语音聊天机器人……美国的科技巨头们早已开始在这个领域的较量。大多聊天机器人无非是和人们聊聊天、唠唠嗑，而近段时间，Facebook的两个AI聊天机器人却在互相对话中，发展出人类无法理解的独特语言。

这引得无数人惊呼“机器在逐渐脱离人类的控制范围？”

其实，人类之所以对机器人获得自我意识如此恐惧，不仅仅是因为对于自己创造出的机器人的不可控。如果机器人只拥有目前的智力水平，人类有一万种办法消灭机器人大军。

真正的可怕之处在于，机器人的智力模式与我们不同。他们拥有人类无法匹及的存储系统，因此，一旦机器人的智能开启，那么他们的智力将是成指数级增长的，甚至可能永远不会停止。那时的人类对于机器人来说，可能真的只是一群蝼蚁了。

关于聊天机器人的“密谋造反”事件，也有比较冷静的小伙伴给出了另一种看法——这只是程序出现的一个Bug。 

不管机器人会不会对人类产生威胁，各类机器人在工业生产和日常生活中的应用趋势已不可避免。随着机器人技术的发展，工业机器人已不在是简单的搬运重物的工具，它们可以胜任许多精细、复杂的工作，且具有高达99%的工作准确率。

那么，如果真的有一天，人类世界真的被机器人控制，我们还有抵抗的办法吗？这里，小编就教大家一个对付机器人大军的最佳办法，那就是——拆掉它的传感器。

我们知道，机器人一般由机械本体、控制系统、传感器、和驱动器等四部分组成。传感器是机器人的感知系统，是机器人最重要的组成部分之一。多种不同功能的传感器合理地组合在一起，才能为机器人提供更为详细的外界环境信息。没有传感器的机器人，相当于失去感觉器官的人类，基本来说，就是一堆废铁了……

机器人能够具备类似人类的知觉功能和反应能力的关键，正是由于传感器技术的应用。那么，一台精密的工业机器人身上拥有哪些传感器呢？

视觉传感器

视觉传感器就像是机器人的眼睛，机器人在工作时通过视觉传感器对环境物体获取信息、识别物体、检测物体定位，让机器人获取目标位置。视觉一般包括三个过程：图像获取、图像处理和图像理解。目前，视觉传感器全球市场中的主流品牌有SICK、倍加福、西门子、欧姆龙、RENYWELL等。

扭矩传感器

扭矩传感器可以说是机器人中的核心部件，它可以让机器人感知力量，同时监控机械手臂上的力，根据数据分析，对机器人接下来行为作出指导，实现工业机器人的触停、示教或力控打磨。目前，高端市场中的扭矩传感器主要以欧美品牌为主，如霍尼韦尔、Futek等。

测距传感器

当机器人在完成一个抓取需要垂直的深入要抓取的位置，视觉系统通常会被遮挡无法完成识别，这就需要测距传感器来辅助定位，引导机器人完成正确抓取。

压力传感器

压力传感器可以感知动态压力。在机器人抓取物件时，要控制好力度，避免破坏物品，这时就需要压力传感器馈，实现机器人的触觉感知。

接近度传感器

机器人在工作过程中还需要感知周围物体的位置，并与他们保持安全的距离，才可以保证操作过程的安全。接近度传感器用于检测物体接近程度，分一般为超声波接近度传感器及红外线接近度传感器，超声波接近度传感器测距范围较大，可用在移动机器人及大型机器人的机械夹手上；红外线接近度传感器的体积较小，通常用于机器人夹手

工业机器人的特点主要有以下几方面：

1）可编程：工业机器人最大特点是柔性启动化，柔性制造系统中的一个重要组成部分。工业机器人可随其工作环境变化以及加工件的变化进行再编程，适合于小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造生产线的应用。

2）拟人化：工业机器人结合机器人与人的特点。轴工业机器人的结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。其传感器提高了工业机器人对周围环境的自适应能力。

3）通用性：一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。当然也有专用的工业机器人。

4）机电一体化：工业机器人是机械学和微电子学的结合-机电一体化技术。工业机器人具有各种传感器可以获取外部环境信息，而且还具有记忆能力、语言理解能力、图像识别能力、推理判断能力等人工智能，这些都是微电子技术的应用，特别是计算机技术的应用密切相关。

工业机器人的机械结构系统由机座、手臂、末端操作器三大部分组成，每一个大件都有若干个自由度的机械系统。若基座具备行走机构，则构成行走机器人；若基座不具备行走及弯腰机构，则构成单机器人臂。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是喷漆枪、焊具等作业工具

2)驱动系统，要使机器人运作起来，需要在各个关节即每个运动自由度上安置传动装置，这就是驱动系统。驱动系统可以是液压传动、气压传动、电动传动、或者把它们结合起来应用综合系统，可以是直接驱动或者通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接传动。

3)感知系统由内部传感器模块和外部传感器模块组成，用以获得内部和外部环境状态中有意义的信息。智能传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化的水准。人类的感受系统对感知外部世界信息是极其灵巧的，然而，对于一些特殊的信息，传感器比人类的感受系统更有效。

4)机器人环境交换系统是现代工业机器人与外部环境中的设备互换联系和协调的系统。工业机器人与外部设备集成为一个功能单元，如加工单元、焊接单元、装配单元等。当然，也可以是多台机器人、多台机床或设备、多个零件存储装置等集成为一个去执行复杂任务的功能单元。

5)人机交换系统是操作人员与机器人控制并与机器人联系的装置，例如，计算机的标准终端，指令控制台，信息显示板，危险信号报警器等。该系统归纳起来分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。

6)机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。假如工业机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。

根据控制原理，控制系统可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运行的形式，控制系统可分为点位控制和轨迹控制。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序以及传感器反馈回来的信号支配机器人的执行机构去完成规定的运动和功能。

假如工业机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。根据控制原理，控制系统可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运行的形式，控制系统可分为点位控制和轨迹控制。一套完整的工业机器人包括机器人本体、系统软件、控制柜、外围机械设备、CCD视觉、夹具/抓手、外围设备PLC控制柜、示教器/示教盒

工业机器人设备下面重点对机器人的驱动系统、感知系统作出介绍

。2.机器人的驱动系统工业机器人的驱动系统，按动力源分为液压，气动和电动三大类。根据需要也可由这三种基本类型组合成复合式的驱动系统。

这三类基本驱动系统的各有自己的特点。

液压驱动系统：由于液压技术是一种比较成熟的技术。它具有动力大、力(或力矩)与惯量比大、快速响应高、易于实现直接驱动等特点。适于在承载能力大，惯量大以及在防焊环境中工作的这些机器人中应用。但液压系统需进行能量转换(电能转换成液压能)，速度控制多数情况下采用节流调速，效率比电动驱动系统低。液压系统的液体泄泥会对环境产生污染，工作噪声也较高。因这些弱点，近年来，在负荷为100kg以下的机器人中往往被电动系统所取代。青岛华东工程机械有限公司研制的全液压重载机器人如图所示。其大跨度的承载可达到2000kg，机器人的活动半径可达到近6m，应用在铸锻行业。