机器人控制系统.ppt

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1、关节·机器人关节机器人·水下机器人仿生机器人拟人机器人拟人机器人并联机器人机器人控制系统第一讲机器人控制系统的构成(硬件)中心控制器信号处理放大电路驱动电路执行机构传感器其它电路输入输出电源软件一个典型机器人控制系统(比赛)如图所示的是一个比赛机器人控制系统它的主要组成部分如下:中心控制器——单片机驱动电路——桥式PWM调速电路执行机构——直流伺服电机信号处理电路——光电隔离接入电路传感器——光电传感器、各类开关输入输出——编程器机器人的拟人化比喻人机器人大脑中心控制器感官传感器手和脚运动执行机构神经和肌肉驱动放大及连接

2、线路中心控制器●任务和功能执行控制程序,通过外围电路控制执行机构完成相关动作.根据传感器的输入信息判断机器人工作状态,决定机器人下一步的动作.控制器的种类单片机特点:结构简单,经济性好应用：简单结构的机器人控制嵌入式工业控制模块特点:抗干扰能力较强、运算速较快、能适应多种操作系统。应用：较复杂的机器人须较强运算能力的机器人。DSP（数字信号处理器）特点：运算速度比微处理器快，实时性好，适合嵌入式的实时数字信号处理。应用：结构较复杂，实时性要求较高的机器人专用运动控制卡独立式运动控制卡英国翠欧运动控制卡国产MPC05运动控

3、制卡基于PC的运动控制卡PCI总线的运动控制卡(国产PCI208)104总线的运动控制卡(美国PMAC))传感器功能和作用:对机器人本身的状态和外界的信息状态进行检测.为机器人进行下一步的动作提供信息依据.种类:机器人用传感器有很多类型但主要类型有四五种.主要有光线类传感器、触觉开关类传感器、超声探测器、温度等检测类传感器、电源检测类传感器。光线类传感器光线传感器有很多种类主要用于测距、目标检测、颜色识别。可作为机器人定位、巡线、目标检测和识别类传感器。漫反射光电传感器激光传感器红外光电传感器光纤传感器触觉开关类传感器触

4、觉开关主要用于机器人状态检测、近距离目标探测等。有非接触式和接触式两类。接触式有微动开关、行程开关、挡铁等。接触式的行程开关非接触式的开关有电容和电感等形式上图是一种电容式接近开关检测类传感器各类物理量的检测（如温度、压力、速度、位移、加速度等）都属于位置传感器。右图为用于测量电机转速和角位移的增量式编码器压力传感器测力传感器温度传感器位移传感器扭矩传感器超声传感器测距超声传感器邦纳超声传感器超声传感器主要用于测距和机器人定位.电源检测传感器电源检测传感器主要有电流和电压传感器,其作用是对电源进行监测防止由于电源的变化引

5、起的机器人故障,可根据电源参数的变化判断机器人有无故障.主要有电流和电压传感器.霍尔电流传感器接入式电流传感器电压传感器驱动放大器作用:对控制器送来驱动信号进行运算放大控制和驱动执行机构.驱动器的种类很多.控制的方式有：闭环、开环及部分闭环三种驱动主要器件有：三极管、晶闸管、场效应管、固态继电器等。闭环驱动器瑞士MAX公司的闭环驱动器自制的驱动信号接口板自制的场效应管驱动器(开环)放大器件大功率三极管大功率场效应管固态继电器可控硅执行机构执行机构是机不可器人最终完成动作的部件,是控制系统控制的对象.主要有电机、液压油缸、

6、液压马达等。电机的种类有很多，常用的有交直侍服电机、步进电机、无刷电机、普通交直流电机。各类电机交流伺服电机直流伺服电机各类电机步进电机无刷电机电源电源包括各类电池及各类电源模块和整流稳压电源。电池提供能源，模块电源提供各种电压，整流器完成AC-DC转换。电池锂电池:体积小寿命长,放电平稳铅酸电池:体积大,放电不平稳镍氢电池:体积较小小,寿命较长,放电平稳电源开关电源:体积小效率高模块电源:体积小,电压稳普通电源:体积大,效率低第二讲机器人控制系统的相关技术简介§1电机的控制机器人中常用的电机有：有刷直流电机、无刷直流电

7、机、步进电机、超声电机等。各种电机的控制方法也不尽相同。电机的控制主要有速度、方向、刹车及开停等。电机的PWM调速PWM(PulseWidthodulation)控制就是宽调制技术：即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的电压值（含形状和幅值)。直流电动机调速原理直流电动机由转子和定子组成，定子可以是磁极或励磁绕组。其转速与加在转子电枢上的电压Ua有关，Ua↑→转速V↑；所加电压极性改变，则电动机反转。据此原理，通过改变电动机电枢电压接通和断开的时间比（即占空比）来控制电动机的转速，这种方法就称为脉冲宽度调

8、制PWM。脉宽调制转速公式（平均转速）：Vd=Vmax*DVd----电动机平均转速Vmax全通电时速度（最大）D=t1/T----占空比，t1是通电时间，T是脉宽周期。D≤1。Vd∝D，与单纯的周期T无关直流电机调速图示Vd与D只是近似的线性关系，与单纯的周期T无关（与步进电机的调速脉冲不同，步进电机的转速与脉冲频