工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)和機(jī)械手控制系統(tǒng)按運(yùn)動(dòng)方式分類

　　在機(jī)器人系統(tǒng)中，根據(jù)給定的目的實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制不需要事先給定運(yùn)動(dòng)軌跡（程序）。而是按外界環(huán)境瞬時(shí)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)控制。外界環(huán)境的瞬時(shí)狀態(tài)是用相應(yīng)的感受裝置確定的。圖1示出了控制有知覺的機(jī)器人的方塊圖。圖中的敏感裝置即是感受裝置。F——外部作用向量，它僅代表外界環(huán)境的變化。在這種情況下，是按輸出量X的差異函數(shù)進(jìn)行控制。差異就是高效率機(jī)械手與目標(biāo)（存在于外界環(huán)境中，并由向量G給定）的坐標(biāo)之間的差值。這一類控制系統(tǒng)通常是閉環(huán)的，也就是有外部反饋的系統(tǒng)，如圖1所示。

　　具有這種控制系統(tǒng)的機(jī)器人稱為有知覺的機(jī)器人。這種機(jī)器人的控制比程序控制復(fù)雜得多。這是因?yàn)?，不可能預(yù)先編制運(yùn)動(dòng)程序，而且要求在運(yùn)動(dòng)過程中，根據(jù)所獲得周圍狀態(tài)的信息，實(shí)時(shí)確定控制作用。此外，當(dāng)編制運(yùn)動(dòng)程序所需要的先驗(yàn)信息不夠用時(shí)，或者這些信息在運(yùn)動(dòng)過程中不斷變化時(shí)，上述控制方法將是**可行的方法。

　　自行引導(dǎo)機(jī)械手的手爪移到物體所在之處，抓取任意放置的物體，機(jī)械手沿輪廓線運(yùn)動(dòng)（例如沿焊縫運(yùn)動(dòng)），繞過不是預(yù)先給定的或變動(dòng)的障礙物等等，這些都是只有這種知覺的機(jī)器人才能夠完成的工作的最簡單的例子。

　　與程序控制機(jī)器人一樣有知覺的機(jī)器人控制作用的算法有兩種：求**運(yùn)動(dòng)規(guī)律和在給定的范圍內(nèi)求允許的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

　　在復(fù)合控制系統(tǒng)中采用了上述兩種基本控制方法，即程序控制和根據(jù)外界環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行控制。具有復(fù)合控制系統(tǒng)的機(jī)器人自然是由知覺的機(jī)器人。復(fù)合控制系統(tǒng)能保證**的控制品質(zhì)。原因是；**，它像程序控制系統(tǒng)一樣，**可能地使用了已有的、與當(dāng)時(shí)工作有關(guān)的先驗(yàn)信息，第二，系統(tǒng)在執(zhí)行程序的過程中，根據(jù)實(shí)際工作條件的變化不斷修正程序。因此，復(fù)合控制方法是控制有知覺機(jī)器人的最基本的和最普通的方法。

　　按對(duì)外界環(huán)境和其它工作條件變化的適應(yīng)程度，有知覺的機(jī)器人控制系統(tǒng)可分為：

　?。?）對(duì)外界環(huán)境狀態(tài)無適應(yīng)的控制系統(tǒng)；

　?。?）適應(yīng)控制系統(tǒng)；

　?。?）人工智能控制系統(tǒng)。

　　**種系統(tǒng)的控制算法（包括調(diào)整控制裝置的參數(shù)值）在系統(tǒng)自動(dòng)工作的整個(gè)過程中是不變的。在適應(yīng)控制系統(tǒng)中，當(dāng)外界工作條件變化時(shí)，為了保證所要求的品質(zhì)，或者是為了能隨著經(jīng)驗(yàn)的積累而自行改善控制品質(zhì)，控制裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)應(yīng)能隨時(shí)間自動(dòng)改變。

　　人工智能系統(tǒng)是最完善、***的適應(yīng)控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)，在外界環(huán)境變化極端不定的條件下，能保證機(jī)器人由自主功能。這種系統(tǒng)應(yīng)能重新處理由感受裝置獲得的有關(guān)外界環(huán)境的信息，并且建立動(dòng)態(tài)可變的外界模型。在此基礎(chǔ)上制定出，在積累經(jīng)驗(yàn)的過程中進(jìn)行自我完善的行動(dòng)計(jì)劃。換而言之，人工智能系統(tǒng)在某種程度上可以模擬人的智力活動(dòng)，而且隨著自我完善程度的提高可以越來越接近人的智力水平。

　　圖2所示為最簡單的機(jī)器人適應(yīng)控制系統(tǒng)的方塊圖。圖中的基本控制裝置總受控對(duì)象的基本的非適應(yīng)的控制裝置。適應(yīng)控制裝置用來調(diào)整基本控制裝置，即根據(jù)外界工作條件及機(jī)器人機(jī)械手本身特性的變化，用作用Y改變基本控制裝置的算子，也就是改變裝置的結(jié)構(gòu)，調(diào)整參數(shù)的大小以及變更程序（在基本控制裝置中采用復(fù)合控制的情況下）。為了調(diào)整適應(yīng)控制裝置顯示出外作用F、G和控制裝置的狀態(tài)X。然后估計(jì)控制品質(zhì)（快速性、精度、經(jīng)濟(jì)性等）的某種預(yù)選指標(biāo)（即判據(jù)）。進(jìn)而用重新調(diào)整基本控制裝置的方法來校正控制品質(zhì)的預(yù)選指標(biāo)。

　　這樣，適應(yīng)控制系統(tǒng)包括二個(gè)控制級(jí)?；鞠到y(tǒng)構(gòu)成**級(jí)，適應(yīng)回路構(gòu)成第二級(jí)。

　　還可能有一級(jí)適應(yīng)控制。當(dāng)前一級(jí)適應(yīng)控制裝置的工作條件變化時(shí)，這級(jí)控制裝置改變適應(yīng)控制裝置的適應(yīng)算法，從而調(diào)整適應(yīng)控制裝置。此外，還可能有多級(jí)適應(yīng)控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，下一個(gè)適應(yīng)控制級(jí)控制前一個(gè)適應(yīng)控制級(jí)。這就擴(kuò)大了控制系統(tǒng)正確完成自己任務(wù)的外界工作條件范圍，或者提高了系統(tǒng)完成任務(wù)的質(zhì)量。

　　和所有控制系統(tǒng)一樣，由適應(yīng)控制裝置實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)控制，可以按控制系品質(zhì)**，或者按給定的穩(wěn)定性指標(biāo)，構(gòu)成開環(huán)系統(tǒng)或閉環(huán)系統(tǒng)。分級(jí)控制的各級(jí)控制裝置（在圖2中就是基本控制裝置和適應(yīng)控制裝置）可以由結(jié)構(gòu)上各自獨(dú)立的部件來實(shí)現(xiàn)，也可以由一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)利用算法來實(shí)現(xiàn)。若將程序控制，按外界環(huán)境而作用的非適應(yīng)控制、適應(yīng)控制和人工智能控制、根據(jù)控制品質(zhì)依賴于工作條件的程度加以比較，則可做如下描述。

　　程序控制系統(tǒng)要求機(jī)器人所有工作條件完全不變。非適應(yīng)控制系統(tǒng)和復(fù)合系統(tǒng)在機(jī)器人機(jī)械手感覺裝置監(jiān)控的參數(shù)范圍內(nèi)。可用改變相應(yīng)的控制作用的方法（參看圖1）來反應(yīng)外界環(huán)境的變化。適應(yīng)系統(tǒng)還可以用改變控制算法（包括調(diào)整）來適應(yīng)工作條件的變化。這樣可以改善控制品質(zhì)，可以擴(kuò)大保證系統(tǒng)正常工作條件的變化范圍以及可以在自我改善控制算法時(shí)改進(jìn)工作質(zhì)量。適應(yīng)控制系統(tǒng)的這些性質(zhì)隨著適應(yīng)控制級(jí)數(shù)的增加而增大。引入操作人員的智能，這是適應(yīng)控制系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的方向，從而使機(jī)器人由自動(dòng)控制過渡到自動(dòng)化控制。