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1、机器人应用技术第七章 机器人控制系统7.1 控制系统概述机器人要运动，就要对它的位置、速度、加速度以及力或力矩等进行控制，由于机器人的结构是一个空间开链机构，其各个关节的运动是独立的，为了实现末端点的运动轨迹，需要多关节的协调运动。机器人的控制系统主要对机器人工作过程中的动作顺序、应到达的位置及姿态、路径轨迹及规划、动作时间间隔以及末端执行器施加在被作用物上的力和力矩等进行控制。目前广泛使用的工业机器人中，控制机多为微型计算机，外部有控制柜封装。近年来，智能机器人的研究如火如荼。这类机器人的控制机多为计算机，处理的信息量大，控制算法复杂。同时配备了多种内部、外部传感器，不但能感知内部关节运行速
2、度及力的大小，还能对外部的环境信息进行感知、反馈和处理。机器人控制系统与普通的控制系统相比要复杂得多，是与运动学动力学原理密切相关的、有耦合的、非线性的、多变量系统，具体如下：（1）与机构运动学及动力学密切相关的控制系统（2）多变量控制系统（3）计算机控制系统（4）耦合非线性控制系统（5）寻优控制系统总而言之，由于它的特殊性，经典控制理论和现代控制理论都不能照搬使用。到目前为止，机器人控制理论还是不完整、不系统的。相信随着机器人事业的发展，机器人控制理论必将日趋成熟.第七章 机器人控制系统第七章 机器人控制系统机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基
3、本功能如下。记忆功能示教功能与外围设备联系功能 坐标设置功能人机接口传感器接口位置伺服功能故障诊断安全保护功能 机器人控制技术和传统机械系统控制技术没有本质区别，但机器人控制系统也有许多特殊之处，如下：每个关节由一个伺服系统控制，多个关节的运动要求各个伺服系统协同工作以实现联动控制工业机器人的空间点位运动控制，需要进行复杂的坐标变换运算，以及矩阵函数的逆运算其数学模型是一个多变量、非线性和变参数的复杂模型，控制中经常使用复杂控制技术第七章 机器人控制系统第七章 机器人控制系统机器人控制系统由控制计算机、示教编程器、操作面板等组成,如图所示。工业机器人控制系统组成数字和模拟量输入输出打印机接口磁
4、盘存储操作面板示教盒视觉系统接口磁盘存储磁盘存储回转伺服控制器手腕伺服控制器大臂伺服控制器手腕回转伺服控制器磁盘存储视觉系统控制计算机通信接口网络接口声音、图像等接口滑觉和力觉传感器手腕旋转伺服控制器第七章 机器人控制系统7.1.1 工业机器人控制的分类工业机器人控制结构的选择，是由工业机器人所执行的任务决定的，对不同类型的机器人已经发展了不同的控制综合方法。工业机器人控制系统的分类，没有统一的标准。第七章 机器人控制系统7.1.1工业机器人控制的分类（1）位置控制方式机器人位置控制又分为点位控制和连续轨迹控制。点位控制这类控制的特点是仅控制离散点上机器人手爪或工具的位姿，要求尽快而无超调的实
5、现相邻点之间的运动，但对相邻点之间的运动轨迹一般不做具体规定。点位控制的主要技术指标是定位精度和完成运动所需的时间。例如，在印刷电路上安插元件、点焊、搬运、上下料等工作，都采用点位控制方式。连续轨迹控制这类运动控制的特点是连续控制机器人手爪的位姿轨迹。一般要求速度可控、轨迹光滑且运动平稳。轨迹控制的技术指标是轨迹精度和平稳性，例如，在弧焊、喷漆、切割等场所的机器人控制均属这一类。第七章 机器人控制系统7.1.1 工业机器人控制的分类（2）速度控制方式对机器人运动控制来说，在位置控制的同时，有时还要进行速度控制。例如，在连续轨迹控制方式的情况下，机器人按预定的指令，控制运动部件的速度和实行加、减速，以满足运动平稳、定位准确的要求。（3）力（矩）控制方式 在进行装配或抓取物体等作业时，机器人末端操作器与环境或作业对象的表面接触，除了要求准确定位之外，还要求使用适度的力或力矩进行工作，这时就要采取力（力矩）控制方式。（4）智能控制方式 机器人的智能控制是通过传感器获得周围环境的知识，并根据自身内部的知识库做出相应的决策。采用智能控制技术，使机器人具有较强的环境适应性及自学习能力。