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机电一体化大作业——水下机器人

机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预

先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人

类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。在工业、医学、

农业、建筑业甚至军事领域中均有重要用途。

现在，国际上对机器人的概念已经逐渐趋近一致。一般说来，人们都可以接受这

种说法，即机器人是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。联合国标准

化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义：“一种可编程和多功能的，用来搬

运材料、零件、工具的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可改变和可编程动作

的专门系统。”

机器人能力的评价标准包括：智能，指感觉和感知，包括记忆、运算、比较、鉴

别、判断、决策、学习和逻辑推理等；机能，指变通性、通用性或空间占有性等；物

理能，指力、速度、连续运行能力、可靠性、联用性、寿命等。因此，可以说机器人

是具有生物功能的实际空间运行工具。

机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。

执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转

动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。根据关节配置型

式和运动坐标形式的不同，机器人执行机构可分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标

式和关节坐标式等类型。出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基

座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）

等。

驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动

力元件使机器人进行动作。它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。机器人使用

的驱动装置主要是电力驱动装置，如步进电机、伺服电机等，此外也有采用液压、气

动等驱动装置。

检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系

统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的

要求。作为检测装置的传感器大致可以分为两类：一类是内部信息传感器，用于检测

机器人各部分的内部状况，如各关节的位置、速度、加速度等，并将所测得的信息作

为反馈信号送至控制器，形成闭环控制。另一类是外部信息传感器，用于获取有关机

器人的作业对象及外界环境等方面的信息，以使机器人的动作能适应外界情况的变

化，使之达到更高层次的自动化，甚至使机器人具有某种“感觉”，向智能化发展，

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例如视觉、声觉等外部传感器给出工作对象、工作环境的有关信息，利用这些信息构

成一个大的反馈回路，从而将大大提高机器人的工作精度。

控制系统有两种方式。一种是集中式控制，即机器人的全部控制由一台微型计算机完成。

另一种是分散（级）式控制，即采用多台微机来分担机器人的控制，如当采用上、下两级微

机共同完成机器人的控制时，主机常用于负责系统的管理、通讯、运动学和动力学计算，并

向下级微机发送指令信息；作为下级从机，各关节分别对应一个CPU，进行插补运算和伺服

控制处理，实现给定的运动，并向主机反馈信息。根据作业任务要求的不同，机器人的控制

方式又可分为点位控制、连续轨迹控制和力（力矩）控制。

人类的未来在于海洋与空间，面对恶劣的工作条件，各种特种机器人应运而生。水下机

器人是一个水下高技术仪器设备的集成体。它除集成有水下机器人载体的推进、控制、动力

电源、导航等仪器、设备外,还需根据应用目的的不同,配备声光、电等不同类型的探测仪器。