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1、机器人控制方法 1、对机器人控制系统得一般要求机器人控制系统就是机器人得重要组成部分,用于对操作机得控制,以完成特定得工作任务,其基本功能如下:记忆功能:存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度与与生产工艺有关得信息。示教功能:离线编程,在线示教,间接示教。在线示教包括示教盒与导引示教两种。与外围设备联系功能:输入与输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。坐标设置功能:有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。人机接口:示教盒、操作面板、显示屏。传感器接口:位置检测、视觉、触觉、力觉等。位置伺服功能:机器人多轴联动、运动控制、速度与加速度控制、动态补偿等。故障诊断安全保护功能:运行时系统状态
2、监视、故障状态下得安全保护与故障自诊断。2、机器人控制系统得组成(如下图)(1)控制计算机 控制系统得调度指挥机构。一般为微型机、微处理器有32位、64位等,如奔腾系列CPU以及其她类型CPU。(2)示教盒 示教机器人得工作轨迹与参数设定,以及所有人机交互操作,拥有自己独立得CPU以及存储单元,与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。(3)操作面板 由各种操作按键、状态指示灯构成,只完成基本功能操作。(4)硬盘与软盘存储存 储机器人工作程序得外围存储器。(5)数字与模拟量输入输出 各种状态与控制命令得输入或输出。(6)打印机接口 记录需要输出得各种信息。(7)传感器接口 用于信息得自动检测,
3、实现机器人柔顺控制,一般为力觉、触觉与视觉传感器。(8)轴控制器 完成机器人各关节位置、速度与加速度控制。(9)辅助设备控制 用于与机器人配合得辅助设备控制,如手爪变位器等。(10)通信接口 实现机器人与其她设备得信息交换,一般有串行接口、并行接口等。(11)网络接口 3、机器人控制系统结构机器人控制系统按其控制方式可分为三类。集中控制方式:用一台计算机实现全部控制功能,结构简单,成本低,但实时性差,难以扩展,其构成框图如图2所示。主从控制方式:采用主、从两级处理器实现系统得全部控制功能。主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成与系统自诊断等;从CPU实现所有关节得动作控制。其构成框图如图3所示。
4、主从控制方式系统实时性较好,适于高精度、高速度控制,但其系统扩展性较差,维修困难。分散控制方式:按系统得性质与方式将系统控制分成几个模块,每一个模块各有不同得控制任务与控制策略,各模式之间可以就是主从关系,也可以就是平等关系。这种方式实时性好,易于实现高速、高精度控制,易于扩展,可实现智能控制,就是目前流行得方式,其控制框图如图4所示。典型得控制方法 工业机器人要求能满足一定速度下得轨迹跟踪控制(如喷漆、弧焊等作业)或点到点(PTP)定位控制(点焊、搬运、装配作业)得精度要求,为了得到每个关节得期望位置运动,必须设计一控制算法,算出合适得力矩,再将指令送至驱动器。PID控制PID控制就是指将比
5、例(P)、积分(I)、微分(D)控制规律综合起来得一种控制方式。其控制器运动方程为:式中U控制器输出控制信号;控制器输入偏差信号;Kp比例系数;Ti积分时间常数;微分时间常数。控制器得设计就就是选择Kp、Ti、或者加上其她补偿控制,使系统达到所要求得性能。提高控制器得增益Kp固然可减小控制系统得稳态误差,从而提高控制精度。但此时相对稳定性往往因之而降低,甚至造成控制系统得不稳定,积分控制可以消除或减弱稳态误差,微分控制能给出控制系统提前开始制动(P减速)得信号,且能反馈误差信号得变化速率(变化趋势),并能在误差信号值变得太大之前,引起一个有效得早期修正信号,有助于增加系统得稳定性。机器人控制基
6、本思想:控制机器人末端操作器沿直角坐标空间指定得轨迹运动,控制系统得输入就是期望得直角坐标轨迹。对于每个关节由电机单独驱动得机器人来说,意味着为使机器人终端沿期望得轨迹运动,几个关节电机必须以不同得运动组合,即不同得速度匹配同时运转。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静 继续保持安静机械手得位置控制手爪位置控制(1)使用逆运动学与关节角控制得方法机械手得位置控制手爪位置控制(2)注重静力学关系得方法控制系统硬件构成 以安川-MRC控制系统为例,介绍控制系统硬件结构 安川-MRC控制系统硬件结构框图如图1所示。安川-MRC控制系统就是一个分散型控制系统,系统共有8个相对独立得微处理器芯片(即C
7、PU):SYS-CPU、M-CPU、ARITH-CPU、AXIS1-CPU、AXIS2-CPU、SL-CPU、I/O-CPU、PP-CPU,下面分别加以介绍。(1)SYS-CPU System-CPU即系统CPU,负责管理整个系统及协调工作。(2)M-CPU Motioncutroc-CPU,负责完成运动控制工作,坐标变换轨迹规划等。(3)ARITH-CPU Arithmetic-CPU即数学运算协处理器,负责浮点数运算,使系统运算速度大大提高。(4)AXIS1-CPU Axis-CPU即伺服控制CPU,负责第一、二、三轴得伺服控制功能,该CPU级芯片运算速度高。(5)AXIS2-CPU 功能
8、同AXIS1-CPU控制对象为第三、四、五轴。(6)I/O-CPU 负责处理并行I/O口信号,以及分散I/O串行口、I/O模拟量输入输出信号等。(7)SL-CPU 负责处理突发性外部I/O信号,可迅速允许查知信号有效,并快速做出相应反应处理。(8)PP-CPU 示教盒CPU(Program Pendant CPU)负责示教盒功能管理及操作。2轨迹控制 在机器人初始位置与目标位置之间用多项式函数“内插”或“逼近”给定得路径,并产生一系列“控制设定点”。路径一般在笛卡儿坐标下,需要运动学逆问题求解,转换到关节坐标。目标轨迹得给定与如何控制机器人使之高精度得跟踪目标轨迹就是轨迹控制得两个主要内容。实现轨迹控制得方式有示教再现与数控两种。示教再现方式:数控方式:示教再现方式就是在机器人工作之前,让机器人手延目标轨迹运动,同时将位置及速度等数据存入机器人控制计算机中。在机器人工作时再现所示教得动作,使手端延目标轨迹运动。轨迹记忆再现得方式有点位控制(PTP)与连续路径控制(CP)。数控方式与数控机床得控制方式一样,就是把目标轨迹用数据得形式给出。这些数据就是根据工作任务得需要设置得。轨迹得平滑性;位置、速度、加速度得连续性。手端位置、速度、加速度得连续就是通过各关节变量得连续性实现得。