《机器人控制》PPT课件

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1、机器人控制ControlofRobotics6.1机器人的基本控制原则6.2机械人的位置控制6.3机械人的柔顺控制6.4机器人的分解运动控制6.5机器人关节控制的模糊算法Robotics控制6.1机器人的基本控制原则机器人控制特点：冗余的、多变量、本质非线性、耦合的6.1.1基本控制原则1、控制器分类结构形式：伺服、非伺服、位置反馈、速度反馈、力矩控制、控制方式：非线性控制、分解加速度控制、最优控制、自适应控制、滑模控制、模糊控制等控制器选择：依工作任务，可选PLC控制、普通计算机控制，智能计算机控制等。简单分类：单关节控制器：主要考虑稳态误差补偿；多关节控制器：主要考虑耦合惯量补偿

2、。Robotics控制6.1机器人的基本控制原则6.1.1基本控制原则一般分类：PLC、单片机、小型计算机、多计算机分布控制Robotics控制6.1机器人的基本控制原则6.1.1基本控制原则2、主要控制变量任务轴R0：描述工件位置的坐标系X(t):末端执行器状态；θ(t):关节变量；C(t)：关节力矩矢量；T(t)：电机力矩矢量；V(t)：电机电压矢量本质是对下列双向方程的控制：Robotics控制6.1机器人的基本控制原则6.1.1基本控制原则3、主要控制层次分三个层次：人工智能级、控制模式级、伺服系统级1）人工智能级完成从机器人工作任务的语言描述生成X(t)；仍处于研究阶段。2

3、）控制模式级建立X(t)T(t)之间的双向关系。电机模型传动模型关节动力学模型机器人模型Robotics控制6.1机器人的基本控制原则6.1.1基本控制原则3、伺服系统级解决关节伺服控制问题即Robotics控制6.1机器人的基本控制原则6.1.2伺服控制系统举例1、液压缸伺服传动系统优点：减少减速器等，消除了间隙和磨损误差，结构简单、精度与电器传动相当。同样可以进行位置、速度、加速度及力的反馈。Robotics控制6.1机器人的基本控制原则6.1.2伺服控制系统举例2、典型的滑阀控制液压传动系统Robotics控制6.2机器人的位置控制由于机器人系统具有高度非线性，且机械结构很复杂

4、，因此在研究其动态模型时，做如下假设：（1）机器人各连杆是理想刚体，所有关节都是理想的，不存在摩擦和间隙；（2）相邻两连杆间只有一个自由度，或为旋转、或为平移。Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.1直流传动系统的建模1、传递函数与等效方框图伺服电机的参数：Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.1直流传动系统的建模1、传递函数与等效方框图（1）磁场型控制电机Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.1直流传动系统的建模1、传递函数与等效方框图Laplace变换得：Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.1直流传动系统的建模1、传递函数与等效方

5、框图一般可取K=0，则有等效框图同时，传递函数变为Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.1直流传动系统的建模1、传递函数与等效方框图：电气时间常数；：机械时间常数。Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.1直流传动系统的建模1、传递函数与等效方框图由于，有时可以忽略，于是而对角速度的传递函数为：，因为Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.1直流传动系统的建模1、传递函数与等效方框图（2）电枢控制型电机Ke:产生反电势。Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.1直流传动系统的建模1、传递函数与等效方框图经拉氏变换、并设K=0，有Robotic

6、s控制6.2机器人的位置控制6.2.1直流传动系统的建模2、直流电机的转速调整误差信号：Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.1直流传动系统的建模2、直流电机的转速调整比例补偿：控制输出与e(t)成比例；微分补偿：控制输出与de(t)/dt成比例；积分补偿：控制输出与∫e(t)dt成比例；测速补偿：与输出位置的微分成比例。比例微分PD补偿：比例积分PI补偿：比例微分积分PID补偿：测速补偿时：Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.2位置控制的基本结构1、基本控制结构位置控制也称位姿控制、或轨迹控制。分为：点到点PTP控制；如点焊；连续路径CP控制；如喷漆期望的

7、关节位置期望的工具位置和姿态Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.2位置控制的基本结构2、PUMA机器人的伺服控制结构1）机器人控制系统设计与一般计算机控制系统相似。2）多数仍采用连续系统的设计方法设计控制器，然后再将设计好的控制律离散化，用计算机实现。3）现有的工业机器人大多数采用独立关节的PID控制。下图PUMA机器人的伺服控制系统构成Robotics控制6.2机器人的位置控制6.2.2位置控制的基本结构2、PUMA机器人的伺服控制结构Ro