操纵型机器人

操纵型机器人是一类由人操纵进行工作的机器人。
操纵型机器人工作系统实际上是一种人机系统。操纵人员处于联机控制回路之中。一方面操纵人员在工作中不停地向机器人发送操作指令,在智能和适应能力方面辅助机器人完成复杂的作业;另一方面,机器人把操作对象和作业环境的状态直接地或间接地(通过监视装置)反馈给操纵人员,作为操纵人员控制机器人行为的根据。这样,人与机器人之间相互传递信息的问题就成为操纵型机器人的研究重点。
操纵型机器人的控制方式实际上是用“操纵”代替了工业机器人的“示教”方式。简单的操纵型机器人的动作可以看作是处于示教阶段的直接示教工业机器人的动作。复杂的操纵型机器人具有适应控制方式,即操纵人员只给予“宏指令”,并不指示机器人的动作细节,机器人能根据本身的认识、学习机能自动适应作业情况。这种操纵型机器人接近于智能机器人。
操纵型机器人既具备机器人的一般结构和性能特点,而又不能离开人的操纵,这完全是因为它具有特定的应用需要。
操纵型机器人大体分为以下两种类型。
1.能力扩大式机器人
这种机器人用于扩大人的体力和活动范围,或弥补人的肢体功能,例如装着式机器人和各种人工假肢等。
装着式机器人也称“体外骨骼(Exoskeleton)”。这种装置往往有几十个关节和相应的电动或液动机构。它们“披挂”或装定在人体身上,数倍或数十倍地“放大”各个部位的动作力量,代替人从事体力工作,执行机构同时配有力传感器,使操纵者感觉到操作对象的反作用力,调整控制作用。
为伤残者研制的各种动力假手是典型的操纵型机器人。假手结构是一种关节式机械手臂,自备驱动源,以便按照需要适当增加自由度。大脑皮质运动中枢产生的兴奋脉冲传到截肢端部的肌肉,假手的控制信号就来源于肌肉做机械伸缩的“应变”信号,或者肌肉在兴奋脉冲到达时产生的“肌电位”信号。假手装着者可以用眼睛监视调整假手的动作,而假手也可以配备人工触觉装置,向皮肤感觉系统反馈动作过程中受到的刺激。
机器人的手是为了代替人手的工作而研制的。因此,假手和机器人,两者的最终目标是一致的。而且,假手既然要“以假乱真”,它的运动轨迹、动作姿态就需要自然、美观、协调。因此,它不但要用到一般机器人的基本技术,而且控制性能方面还有着许多独特的研究课题。多年来,动力假肢在福利事业的促进下已形成了一个专门的研究方向。
2.遥控机器人
这种机器人一般用于特殊的作业环境,例如:放射性物质、真空、有毒气体等隔离工作情况;造船、铁塔、建筑等危险工作条件;特别是宇宙、海洋开发用的探查工作环境。
前苏联1970年向月球发送了“月球探测器1号”机器人,进行土壤分析、摄影、观测等任务,如果碰到石头,可自行拒绝地面人员的挖土命令。美国由“阿波罗 12号”向月球发送了“探测者3号”机器人,它在空中实验室操作人员的控制下伸出约1.5米的机械手,采集月球岩土样品,在实验室中进行化验,把结果发回地球。
用于海洋开发的遥控机器人实际上是安上了机械手、足、眼等器官的深水作业机器。美国建造的“可控水下回收装置”Curv和“海洋机器人”Mobot,装有作为视觉用的声纳和摄象机,作为听觉的水听器,检测方向用的陀螺罗盘等。它的机械手通过电缆按照岸上观测站的指令进行动作,曾在西班牙海域回收了掉入海底的核弹头。这是一种“无人有缆”的机器人。另外,还有“有人无缆”的情况,操作人员在机器人——深海调查船内操纵多个机械手从事搬运物体和照相摄影等作业。
遥控机器人,特别是远距离操纵的机器人,由于作业环境的复杂,以及与人的通讯联系方面的困难,正在由简单遥控式、监控式,向智能式的方向发展。