机器人控制系统1

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1、工业机器人电气控制系统机器人控制系统的基本结构2控制系统的关键组成部件3控制系统硬件设计4机器人控制特点及控制方法1控制系统软件设计5一、机器人控制系统的特点1)机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关：坐标变换、运动学正逆问题、惯性力等影响2)机器人控制系统是多变量自动控制系统：机器人至少3-5个自由度，每个自由度一个伺服机构，这些独立的伺服系统有机地协调起来，完成期望动作3)机器人控制系统是非线性的控制系统：描述机器人状态和运动的数学模型随状态和外力的变化，其参数也在变化，各变量之间还存在耦合，经常使用重力补偿、前馈、解耦或

2、自适应控制等方法4)机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成，因而存在一个“最优”的问题。智能机器人可以根据传感器和模式识别的方法获得对象及环境的工况，自动地选择最佳的控制规律5.1.1机器人控制特点二、机器人的控制方式①、按有无反馈信号开环控制：利用机械装置闭环控制：利用传感器信号②、按控制目标对象I、位置控制点位控制：要求准确地控制机器人末端执行器的工作位置，而路径却无关紧要，如在印刷电路板上安插元件、点焊、装配等工作。连续轨迹控制：要求机器人末端执行器按照示教的轨迹和速度运行，如弧焊、喷漆、抛光等作业。II、力控制：

3、输入量、反馈信号为力（力矩）信号，控制与位置控制基本相同。III、其它控制：基于传感器的控制、非线形控制、分解加速度控制、滑模控制、最优控制、自适应控制、递阶控制及各种智能控制。5.1.1机器人控制特点三、主要控制变量对一台机器人的控制，本质上就是对下列双向方程式的控制：其中：为末端执行装置的状态，包括位置、姿态和开闭状态等为关节变量为作用在各关节上的力矩矢量为各传动电动机的力矩矢量，经过变送器送到各个关节为施加在电动机上的电流或电压矢量至5.1.1机器人控制特点四、机器人控制层级①、第一级：人工智能级（最高级）——处于研究阶段

4、问题：词汇和自然语言理解、规划、任务描述，构造②、第二级：控制模式级建立之间的双向关系，可建立四种模型：问题：I、无法知道如何正确地建立各连接部分的机械误差，如干摩擦和关节的扰性等。II、即使能够考虑这些误差，但其模型将包含数以千计的参数，而且处理机将无法以适当的速度执行所有必须的在线操作。III、控制对模型变换的响应：模型越复杂，对模型的变换就越困难，尤其是模型具有非线性时，困难将更大。关节式机械系统的机器人模型任务空间内的关节变量与被控制值间的关系模型实际空间内的机器人模型传动装置模型5.1.1机器人控制特点③、第三级：伺服

5、系统级——研究机器人的一般实际问题解决下列问题：系统组成：伺服执行元件（电动机）、伺服运动控制器、伺服驱动器（功率放大器）、运动特性（位置、速度、加速度）检测元件主要类型：数字控制伺服系统基本控制算法：PID控制器，原理简单、易于实现、鲁棒性强、适应面广5.1.1机器人控制特点四、机器人控制原则5.1.1机器人控制特点机器人的伺服控制系统：机构简单、机械强度高、速度快液压缸伺服传动系统电—液压伺服控制系统5.1.1机器人控制特点机器人的伺服控制系统5.1.1机器人控制特点直流传动系统的建模传递函数与等效方框图励磁控制J总转动惯量

6、,F总粘滞摩擦系数,K总反馈系数一、位置控制5.1.2控制方法假设K=0,则励磁控制（续）电枢控制5.1.2控制方法电枢控制（续）假设K=0,则+5.1.2控制方法励磁控制下的电机转速调整5.1.2控制方法基于直角坐标的PID控制5.1.2控制方法在PID控制的名称中，P指proportional(比例），I指integral（积分），D指derivative（微分），这意味着可利用偏差，偏差的积分值，偏差的微分值来控制。如果用e=(r-y)表示偏差，则PID控制变为：离散形式为PID控制器的三个参数有不同的控制作用。（3）微分

7、控制D规律能反映输入信号的变化趋势，相对比例控制规律而言具有预见性，增加了系统的阻尼程度，有助于减少超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，加快系统的跟踪速度，但对输入信号的噪声很敏感。（1）P控制器实质上是一个具有可调增益的放大器。在控制系统中，增大kP可加快响应速度，但过大容易出现振荡；（2）积分控制器I能消除或减弱稳态偏差，但它的存在会使系统到达稳态的时间变长，限制系统的快速性；5.1.2控制方法单关节位置控制器单关节位置控制器的基本控制结构5.1.2控制方法二、速度控制分解运动的速度控制机器人运动的控制实际上是通过各轴伺服系统

8、分别控制来实现的分解运动的速度控制要求各伺服系统的驱动器以不同的分速度同时联合运行，能保证机器人末端执行器沿笛卡儿坐标轴稳定地运行。控制时先把末端执行器期望的笛卡儿位姿分解为各关节的期望速度，然后再对各关节进行伺服控制轨迹生成伺服控制将机器人末端的运动分解为各关