机器人系统构成优化建议：机器人系统构成详解

1886年法国作家维里耶德利尔˙亚当在他的小说《未来的夏娃》中将外表像人的机器起名为“安德罗丁”（Android），它由以下四部分组成：

（1）生命系统。具有平衡、步行、发声、摆动身体、感觉、表情呈现、调节运动等功能。

（2）造型解质。关节能自由运动的金属覆盖体，一种盔甲。

（3）人造肌肉。在上述盔甲上有肌肉、静脉、性别特征等人体的基本形态。

（4）人造皮肤。包括肤色、机理、轮廓、头发、视觉、牙齿、手爪等。

机器人的工作原理是一个比较复杂的问题。简单地说，机器人的工作原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。通常所说的工业机器人（操作机），实质上是一个拟人手臂的空间机构。不同类型的机器人，其机械、电气和控制结构千差万别，但是作为一个机器人系统，通常由三部分六个子系统组成，如图1-5所示。这三部分是机械部分、传感部分、控制部分；六个子系统是驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机器人-环境交互系统、控制系统等。

1.机械系统

机械系统是由关节连在一起的许多机械连杆组成的集合体，形成开环运动学链系。连杆类似于人类的小臂、大臂等。关节通常又分为转动关节和移动关节，移动关节允许连杆作直线移动，转动关节仅允许连杆之间发生旋转运动。由关节-连杆结构所构成的机械结构一般有3个主要部件，即臂、腕和手，它们可在规定的范围内运动。

2.驱动系统

驱动系统是使各种机械部件产生运动的装置。常规的驱动系统有气压、液压或电气驱动系统，它们可以直接与臂、腕或手上的机械连杆或关节连接在一起，也可以使用齿轮、带、链条等机械传动机构间接驱动。(www.xing528.com)

图1-5　机器人的基本构成

3.感知系统

感知系统由一个或多个传感器组成，用来获取内部和外部环境中的有用信息，通过这些信息确定机械部件各部分的运行轨迹、速度、位置和外部环境状态，使机械部件的各部分按预定程序或者工作需要进行动作。传感器的使用提高了机器人的机动性、适应性和智能化水平。

4.控制系统

控制系统的任务是根据机器人的作业指令、程序，以及从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。若机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若机器人具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。根据控制原理，控制系统又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。根据控制运动的形式，控制系统还可分为方位控制系统和轨迹控制系统等。

5.机器人-环境交互系统

机器人-环境交互系统是实现工业机器人与外部环境中的设备相互联系和协调的系统。工业机器人可与外部设备集成为一个功能单元，如加工制造单元、焊接单元、装配单元等。当然，也可以是多台机器人、多台机床或设备及多个零件存储装置等集成为一个执行复杂任务的功能单元。

6.人机交互系统

人机交互系统是使操作人员参与机器人控制并与机器人进行联系的装置，例如计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板及危险信号报警器等。归纳起来，人机交互系统可分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。