《机器人控制系统》PPT课件

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1、第5章机器人的控制系统控制系统包含对机器人本体工作过程进行控制的控制机、机器人专用传感器、运动伺服驱动系统等。控制系统中涉及传感技术、驱动技术、控制理论和控制算法。示教-再现机器人：控制机多为微型计算机，外部有控制柜。采用示教-再现的工作方式，机器人的作业路径、运动参数由操作者手把手示教或通过程序设定，机器人重复再现示教的内容；机器人配有内部传感器：速度、位置传感器；还可以配备简易的外部传感器：视觉、力传感器。智能机器人：这类机器人的控制机多为计算机，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度及力的大小，还能对外

2、部的环境信息进行感知、反馈和处理。5.1机器人传感器5.1.1机器人传感器的特点和要求一、机器人传感器的种类（1）位置传感器（2）速度传感器（3）简单触觉：确定工件是否存在。（4）复合触觉：确定工件是否存在以及尺寸和形状等。（5）简单力觉：测量单维力。（6）复合力觉：测量多维力。（7）接近觉：非接触探测工作对象。（8）简单视觉：检测孔、边、拐角等。（9）复合视觉：识别工作对象的形状等。（10）特殊领域：温度、湿度、压力、滑动量、化学性质等感觉能力方面的传感器。二、传感器的性能指标(1)基本参数：量程、灵敏度、静态精度、动态性能。

3、(2)环境参数：温度、振动冲击及其他参数(潮湿、腐蚀及抗电磁干扰等)。(3)使用条件：电源、尺寸、安装方式、电信号接口及校准周期等。1．灵敏度灵敏度：输出信号达到稳定时，输出信号变化与输入信号变化的比值。输出和输入呈线性关系：输出与输入呈非线性关系：2.线性度3.精度传感器输出值与实际值之间的误差(与使用条件和测量方法有关)。4.重复性按同一方式进行全量程连续多次测量时，测试结果的变化程度。5.分辨率在整个测量范围内所能辨别的被测量的最小变化量。6．响应时间输入信号变化后，其输出信号变化一个稳定值所需要的时间。动态特性指标，7．

4、抗干扰能力电位器式位移传感器结构简单；性能稳定可靠；精度高；较方便地选择其输出信号范围；断电时不丢失信号。其缺点是滑动触点容易磨损。5.1.2机器人内部传感器一、位置传感器1.电位器式位移传感器（模拟式传感器）由电位器和滑动触点组成；电压输出。可测直线位移和转角。旋转型电位器式位移传感器直线型电位器式位移传感器2.编码式位移传感器（数字式）输出信号为数字脉冲，可测直线位移和转角。编码式位移传感器测量范围大，检测精度高，在机器人的位置检测及其他工业领域都得到了广泛的应用。1)绝对式光电编码器光电编码器的性能主要取决于光电敏感元件的

5、质量及光源的性能:光源具有较好的可靠性及环境的适应性;光源的光谱与光电敏感元件(受光体)相匹配在光通路中还应加上透镜和狭缝装置。透镜使光源发出的光聚焦成平行光束;狭缝宽度要保证所有轨道的光电敏感元件的敏感区均处于狭缝内。2)增量式光电编码器增量式光电编码器没有接触磨损，允许高转速，精度及可靠性好，但结构复杂，安装困难。增量式光电编码器可测量出转轴的相对位置，但不能确定机器人转轴的绝对位置，所以这种光电编码器一般用于定位精度要求不高的机器人，如喷涂、搬运及码跺机器人等。目前已出现包含绝对式和增量式两种类型的混合式编码器使用绝对式确

6、定机器人的绝对位置，确定由初始位置开始的变动角的精确位置则使用增量式。二、速度传感器角速度传感器：测速发电机；增量式光电编码器。1.测速发电机（模拟传感器）直流测速发电机的结构原理1—永久磁铁；2—转子线圈；3—电刷；4—整流子测速发电机线性度好，灵敏度高，输出信号强，一般检测范围为20～40r/min，精度为0.2%～0.5 %。5.1.3机器人外部传感器一、力或力矩（力觉）传感器应变片式机器人腕力和力矩传感器二、接近觉传感器1.电涡流式传感器2.光纤式传感器2.光纤式传感器3.超声波传感器三、触觉传感器触觉传感器的作用：(1

7、)感知操作手指的作用力，使手指动作适当。(2)识别操作物的大小、形状、质量及硬度等。(3)躲避危险，以防碰撞障碍物引起事故。触觉传感器包括压觉、滑觉、接触觉及力觉等。最早的触觉传感器为开关式传感器，只有0和1两个信号，用于表示接触与不接触。如果要检测对象物的形状，就需要在接触面上安装许多敏感元件。3种敏感元件：导电合成橡胶：压变时接触面积和反向接触电阻随外部压力的变化很大。体积小，一般1cm3面积内可有256个触觉敏感元件，敏感范围达1～100g。人工皮肤：它实际上就是一种超高密度排列的阵列传感器，主要用于表面形状和表面特性的检

8、测。压电材料：压力与晶体的电阻成比例关系。5.2驱动与运动控制系统5.2.1概述早期：液压、气动伺服驱动。目前：大部分被电气驱动方式所代替，只有在少数要求超大的输出功率、防爆、低运动精度的场合才考虑使用液压和气压驱动。电气驱动无环境污染，响应快，精度高，成本低，