机器人系统的结构:机械手、环境、任务 和控制器

一 般情况下， 一 个机器人系统由下列四个互相作用的部分组成：机械手、环境、任务 和控制器，如图1 - 1a 所示，图1 - 16为其简化形式。

机械手是具有传动执行装置的机械，它由臂、关节和末端执行装置(工具等)构成，组合为一个互相连接和互相依赖的运动机构。机 械手用于执行指定的作业任务。不同的机械手 具有不同的结构类型。图1-2给出机械手的几何 结构简图。机械手又称为操作机、机械臂或操 作手。大多数机械手是具有几个自由度的关节 式机械结构， 一般具有六个自由度。其中，头 三个自由度引导夹手装置至所需位置，而后三 个自由度用来决定末端执行装置的方向。

环境指机器人所处的周围环境，它不仅由几何条件(可达空间)所决定，而且由环境和 它所包含的每个事物的全部自然特性所决定。机器人的固有特性由这些自然特性及其环境 间的互相作用所决定。在环境中，机器人会遇到一些障碍物和其他物体，它需要避免与这 些障碍物发生碰撞，并对这些物体发生作用。环境信息一般是确定的和已知的，但在许多 情况下，环境具有未知的和不确定的性质。

我们把任务定义为环境的两种状态(初始状态和目标状态)间的差别。需要用适当的程序设计语言来描述这些任务，并把它们存人机器人系统的控制计算机中去。

计算机是机器人的控制器或脑子。机器人接收来自传感器的信号，对之进行数据处理，并 按照预存信息、机器人的状态及其环境情况等，产生出控制信号去驱动机器人的各个关节。

对于技术比较简单的机器人，计算机只含有固定程序；对于技术比较先进的机器人， 可采用程序完全可编的小型计算机、微型计算机或微处理机作为其电脑。具体说来，在计 算机内存储有下列信息：

1)机器人动作模型 表示执行装置在激发信号与机器人运动之间的关系。

2)环境模型 描述机器人在可达空间内的每一个事物。

3)任务程序 使计算机能够理解其所要执行的作业任务。

4)控制算法 计算机指令的序列，它提供对机器人的控制。