机器人驱动与运动控制 课件 第4章 机器人控制系统与控制方式.pptx

第4章机器人控制系统与控制方式;

4.1机器人控制系统概述;

(1)示教：控制系统通过控制计算机给机器人发布任务指令，一般通过和控制计算机连接的示教器来发布指令。

(2)计算：控制计算机是控制系统的核心部分，它通过获得的示教信息形成一个使机器人运动的控制策略，然后再根据这个策略计算生成各个关节的运动控制参数。同时控制计算机还要担负起对整个机器人系统的管理，采集并处理各种信息。

(3)伺服驱动：将使机器人运动的控制策略通过控制算法获得驱动信号，驱动伺服电机，使机器人运动可以满足高速、高精度的要求，从而完成指定的任务指令。

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(4)反馈：控制系统通过传感器获取机器人任务过程中的位姿、运动状态等信息，然后把这些信息反馈给控制计算机，使控制计算机实时掌握机器人的运动状态，及时调整控制策略。;;

1.按控制运动方式分类

(1)程序控制系统。程序控制系统是通过事先编写的固定程序实现自动控制的系统，其广泛应用于搬运、装配、点焊等作业，以及弧焊、喷涂机器人的轮廓控制作业。

(2)自适应控制系统。自适应控制系统通过传感器感知外界条件的变化，根据检测到的信息不断地给出后续运动轨迹的控制。这种系统的参数能随着外界条件自动改变。

(3)组合控制系统。组合控制系统是程序控制系统和自适应控制系统的结合，它利用已知的环境信息实现程序控制，并且在执行过程中还可根据外界条件的变化而改变控制过

程，以达到作业任务的速度和精度要求。;

2.按控制系统信号类型分类

按控制系统信号类型的不同，机器人控制系统可分为连续控制系统和离散控制系统。连续控制系统的输入/输出信号是时间的连续函数。例如，弧焊作业中对焊接电流的控制就是连续控制。相对应的离散控制系统的输入/输出信号是离散的。通常，工业机器人的工作场景中既有连续的信息，又有离散的信息，可根据任务要求设定阈值来进行两类信号的转换，以实现这两种控制。;

3.按控制机器人的数目分类

根据控制机器人数目的不同，机器人???制系统可分为单机系统和群控系统。

单机系统是指控制系统仅对本机进行控制的系统。群控系统是指同时控制多个机器人的控制系统。群控系统中每一个机器人也可有自己单独的控制系统，但这些独立的控制系

统之间可以通信，或者接收总的控制系统的命令，使得所有机器人协调工作。;

4.1.2机器人控制系统的功能

根据实际使用场景，机器人控制系统具有如下基本功能：

(1)示教再现功能。

(2)坐标设置功能。

(3)与外围设备的联系功能。

(4)位置伺服功能。;

4.1.3机器人控制系统的特点

(1)多关节联动控制。

(2)运动描述复杂。

(3)具有较高的重复定位精度，系统刚性好。

(4)信息运算量大。

(5)需要采用加(减)速控制。;

4.1.4-机器人控制系统的组成

机器人控制系统是影响机器人性能的重要组件，其组成如图4-2所示。

下面介绍该系统的主要组成部分。

(1)控制计算机：控制系统的核心部分，一般为计算机和可编程逻辑控制器(PLC)。

(2)示教盒(示教器)：又叫作示教编程器，其以串行通信方式与控制计算机实现信息交互，是机器人与人的交互接口。它具有对机器人手动操纵控制、程序编写、参数设定以及

工作状态监控等功能。;

(3)操作面板：由各种操作按键和状态指示灯构成，能够完成基本功能操作。

(4)磁盘存储：存储工作程序中的各种信息数据。

(5)数字量和模拟量输入/输出接口：提供各种状态和控制命令的输入或输出。

(6)打印机接口：可连接打印机，其作用是记录机器人的各种输出信息。

(7)传感器接口：用于采集环境信息，实现机器人的运动控制等，并连接触觉和视觉传感器。;

(8)伺服控制器：用于完成机器人各关节位置、速度和加速度的控制，例如图4-2中的大臂伺服控制器、回转伺服控制器、手腕伺服控制器。

(9)通信接口：用于实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。

(10)网络接口：通常包括以太网(ethernet)接口和现场总线(fieldbus)接口。机器人可通过网络接口实现数台或单台机器人与PC的通信。;;

4.1.5机器人控制系统的结构及控制方式

从机器人控制系统的功能来看，其结构主要包括外围设备、控制器、驱动器、电机、执行器和传感器，如图4-3所示。;

1.集中控制

集中控制是指全部控制功能都由一台计算机实现，其框图如图4-4所示。;

2.主从控制

主从控制是指采用主、从两级处理器(主CPU和从CPU)实现系统的全部控制功能。主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等计算量大且性能要求高的任务，从

CPU只用来实现