Google+ 機動學論壇(TALKING MECHANISMS): 機器人的應用

2007年6月12日 星期二

機器人的應用

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我是王啟維
機器人應該是機動學最廣泛的應用,裡面還有機電整合機器人。

末端效應器(End Effector)。
相關機器人所需之裝備與感應器、以及用來操作或監控用之相關通訊界面。
機器人可視為由下面各種不同層次之次系統所組合而成:

  • 處理(Process)次系統:包括機器人所必須執行之工作、其所處之環境、以及與環境交互作用所需要之界面等。
  • 機械(Mechanical)次系統:為達成機器人所必須執行之工作所需之齒輪組與致動器等。
  • 電子(Electrical)次系統:包含驅動各種致動器與感應器所需之電子元件、電源供應器等。
  • 控制(Control)次系統:執行各種工作所需之程序,透過相關軟、硬體下達予各種致動器、感應器命令,並以回饋訊號維持機器人系統之命令執行與穩定性。
  • 感應器(Sensor)次系統:提供回饋訊號予控制次系統,以告知機器人組件之位置或其他物理量,以執行機器人之正常工作及危害防範。
  • 規劃(Planning)次系統:透過各式感應器之融合,以執行各種智慧型之規劃工作,包括抓取動作之規劃、末端效應器之軌跡規劃、避免防撞等。

機器人機構之分類

一個定位完整之機器人需具有六個自由度,包括空間定位之三自由度與空間姿態之三個自由度。在六個自由度中,形成姿態的三個自由度必須為旋轉關節(Rotational Joints);但形成位置的三個自由度則可為旋轉關節或是直動關節(Prismatic Joints)。

機器人可分為下列四種基本型式:

直角座標型(Cartesian,卡笛遜座標)。
圓柱座標型(Cylindrical)。
極座標型(Polar)。
多關節型(Jointed, Articulated)。
一般工業用機器人則依其各別需求而設計,其自由度總數亦可能較六自由度為少。

機器人致動原理與界面

機器人可依據位置座標、速度、末端效應器之抓取姿勢等命令,透過記憶裝置,執行固定或非固定之程序控制。機器人機構中,最基本者為各致動器,透過連桿與齒輪組可執行控制次系統(控制器)所下達之各種命令。致動器可為油、氣壓,或是電動馬達等。目前產業界機器人仍以DC或AC電動馬達為主要之致動器。電動馬達可為步進或伺服馬達,操作者可透過教導盒或是主電腦下達機器人相對於世界座標(World Coordinate)之控制指令,以完成所需之各種基本控制,或智慧型規劃動作等。機器人亦可具觸覺或視覺感應器,透過感應器界面以執行精確之控制程序或所需之安全防護機能。

機器人之應用範圍機器人之應用範圍極為廣泛,舉凡一般之生產製造乃至於最先進之太空探測皆扮演重要之角色。在此列舉數項機器人之基本應用範疇如下:工業用機器人:包括工廠所需之焊接、切削、裝配、運輸,以及各種加工等重覆性、危險性均高之粗重工作,皆可以機器人代勞。對於重覆性高的工作,一般是以固定順序之控制來執行,在大型工廠中,更同時以多組機器人共同分配執行有關之工作。土木建設用機器人:土木建設為高危害度之工作,其中如混凝土噴塗、鋼筋配置、清洗、鏟土等工作均適合以機器人執行。但是此方面工作性質因設計獨特性高,較缺乏高度之重覆性,因此較適合非固定順序型之機器人。農業用機器人:可用於果實摘採、農藥噴灑,或是植物種植等,以取代傳統人力。安全檢查用機器人:此類機器人一般為可移動式機器人(Mobile Robots),且配置影像感應器以提供機器人之視覺,可應用在化工廠、石油廠、核電廠之安全檢查功能,未來亦可配合使用其他各式感應器,以應用在大樓之防盜與防火方面。環境探測用機器人:此類機器人亦為可移動式機器人,且具有較靈活之載具或肢腳,以執行如太空探險、海底探勘等工作.


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