机器人技术机器人的控制系统（页）.pptxVIP

9. 1 机器人控制技术概述 9.2 机器人关节伺服控制 9.3 机器人的位置控制 9.4 机器人的柔顺控制 第九章 机器人控制系统 主编： 蔡自兴 控制过程： （ 1） 记住期望水位值； （ 2） 测量水池实际水位； （ 3） 计算期望水位与实际水位之差； （4） 根据差值正确地调节进水阀门 。 □ 什么是控制? 简单地说 ， 控制就是为了达到一定目的而实行的适当操作 。 机器人控制技术 机器人控制技术 自动水位调节系统 9. 1 机器控制技术概述 □ 控制是机器人技术中的一个关键问题 ， 而控制系统的性能则是机器人发展 水平一个重要标志。 □ 机器人控制是控制领域的一个子集 ， 一个独具特色的子集。 □ 机器人控制系统是一个与机构学 、运动学和动力学原理密切相关的 、耦合 紧密的 、非线性和时变的多变量控制系统。 □ 机器人控制系统一般由计算机和伺服控制器组成。 控制器 计算机硬件及软件 （任务规划 ， 轨迹规划） 1 、机器人控制系统概述 外部传感器 内部传感器 I/O 设备 驱动器 操作机 2 、机器人控制系统的构成 作业控制器 机器人控制系统的构成 驱动控制器 2 驱动控制器 3 机器人本体 驱动控制器 1 驱动控制器 n 运动控制器 ◆ 采用开放性较好 、计算能力强的数字运动控制卡 ， 与工控机结合组成 IPC+MC控制系统 ， 实现整个系统的运动控制 。在数字运动控制卡上进行较 为复杂的运动规划 、计算等等 。对于运动控制中实时性要求高的正解 、逆解 等程序直接在数字运动控制器上进行； 对于电机的控制 ， 则采用力矩控制方 式 ， 在卡上实现电流（力矩）控制输出 。而在IPC上实现界面操作 、信号处 理和协调工作。 ◆ 优点： 可以实现自定义控制算法 ， 实时性好 。成本较低 ， 通用性强 ， 可适应 多种品牌的伺服电机 ， 研究基础好。 ◆ 缺点： 控制器内部接线多 ， 可靠性较低 ， 维护不方便。 3 、典型机器人控制系统 基于IPC+MC的全数字控制器（ IPC+MC） 3 、典型机器人控制系统 基于工业以太网的开放式控制器 ◆ 网络化控制的分布式系统 ， 能实现现场机器人的单轴运动控制和整个系 统的控制决策一体化 ， 为机器人控制带来一种全新的模式 ， 对机器人系 统的扩展和维护带来极大便利 ， 适应柔性化生产线的要求 ， 成为机器人 领域开放发展的新方向。 ◆ 优点 ： 是机器人控制技术发展方向 ， 通讯协议代码开放 ， 接口统一 ， 接 线简单 ， 可靠性高 ◆ 缺点： 目前尚存在着通讯速度不高 ， 实时性不好 ， 成本较高 ， 适用的伺 服电机品牌较少。 □ 与一般的伺服控制系统或过程控制系统相比 ， 机器人控制系统有 如下特点： □ （ 1） 机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关 。 机器人的状态可以 在各种坐标下进行描述 ， 应当根据需要 ， 选择不同的参考坐标系 ， 并做适 当的坐标变换 。经常要求解运动学正问题和逆问题 ， 除此之外还要考虑惯 性力 、外力及哥氏力 、 向心力的影响。 □ （ 2） 机器人系统是一个多变量控制系统 。 一个简单的机器人也至少有 2~3个自由度 ， 比较复杂的机器人有十几个 、甚至几十个自由度 。每个自 由度一般包含一个伺服机构 ， 它们必须协调起来 ， 组成多变量控制系统。 4 、机器人控制系统特点 □ （ 3） 机器人控制系统必须是一个计算机控制系统 。 把多个伺服系统有机 地协调起来 ， 使其按照人的意志行动 ， 甚至赋予机器人一定的“ 智能 ”， 这个任务只能由计算机完。 □ （4） 机器人控制系统是一个非线性 、 多闭环控制系统 。 描述机器人状态 和运动的数学模型是一个非线性模型 ， 随着状态的不同和外力的变化 ， 其 参数也在变化 ， 各变量之间还存在耦合 。 因此 ， 仅仅利用位置闭环往往是 不够的 ， 还要利用速度闭环甚至加速度闭环 。系统中经常使用重力补偿、 前馈 、解耦或自适应控制等方法。 □ （ 5） 机器人控制存在最优问题 。 较高级的机器人要求对环境条件 、控制 指令进行测定和分析 ， 采用计算机建立庞大的信息库 ， 用人工智能的方法 进行控制 、决策 、管理和操作 ， 按照给定的要求自动选择最佳控制规律。 4 、机器人控制系统特点 □ 机器人控制系统在物理上分为两级： 工 控机与伺服控制器 ， 但在逻辑上一般分 为三级（层）： （1）人工智能级——组织层——作业控