机器人的控制基础课件.ppt

《机器人的控制基础课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章  机器人的控制基础§3.1概述一、机器人控制系统的特点和一般的伺服系统或过程控制系统相比，机器人控制系统有如下特点：1)机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。机器人手足的状态可以在各种坐标下进行描述，应当根据需要，选择不同的参考坐标系，并做适当的坐标变换。经常要求解运动学正问题和逆问题，除此之外还要考虑惯性力、外力及哥氏力、向心力的影响。一、机器人控制系统的特点2)一个简单的机器人也至少有3~5个自由度，比较复杂的机器人有十几个、甚至几十个自由度。每个自由度一般包含一个伺服机构，它们必须协

2、调起来，组成一个多变量控制系统。3)把多个伺服系统有机地协调起来，使其按照人的意志行动，甚至赋予机器人一定的“智能”，这个任务只能由计算机完。因此，机器人控制系统必须是一个计算机控制系统。同时，计算机软件担负着艰巨的任务。一、机器人控制系统的特点4)描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着状态的不同和外力的变化，其参数也在变化，各变量之间还存在耦合。因此，仅仅利用位置闭环是不够的，还要利用速度闭环甚至加速度闭环。系统中经常使用重力补偿、前馈、解耦或自适应控制等方法。5)机器人的动作往往可以

3、通过不同的方式和路径来完成，因此存在一个“最优”的问题。较高级的机器人可以用人工智能的方法，用计算机建立庞大的信息库，借助信息库进行控制、决策、管理和操作。根据传感器和模式识别的方法获得对象及环境的工况，按照给定的指标要求，自动地选择最佳的控制规律。二、机器人的控制方式１．点位式很多机器人要求能准确地控制末端执行器的工作位置，而路径却无关紧要。例如，在印制电路板上安插元件、点焊、装配等工作，都属于点位式工作方式。一般来说这种方式比较简单，但是要达到2~3微米的定位精度也是相当困难的。二、机器人的控制方

4、式２．轨迹式在弧焊、喷漆、切割等工作中，要求机器人末端执行器按照示教的轨迹和速度运动。如果偏离预定的轨迹和速度，就会使产品报废。其控制方式类似于控制原理中的跟踪系统，可称之为轨迹伺服控制。二、机器人的控制方式３．力（力矩）控制方式在完成装配、抓放物体等工作时，除要准确定位之外，还要求使用适度的力或力矩进行工作，这时就要利用力（力矩）伺服方式。这种方式的控制原理与位置伺服控制原理基本相同，只不过输入量和反馈量不是位置信号，而是力（力矩）信号，因此系统中必须有（力矩）传感器。有时也利用接近、滑动等传感器进

5、行自适应控制。４．智能控制方式三、机器人控制的基本单元１．电动机作为驱动机器人运动的驱动力，常见的有液压驱动、气压驱动、直流伺服电动机驱动、交流伺服电动机驱动和步进电动机驱动。随着驱动电路元件的性能提高，当前应用最多的是直流伺服电动机驱动和交流伺服电动机驱动。２．减速器减速器是为了增加驱动力矩、降低运动速度。三、机器人控制的基本单元３．驱动电路由于直流伺服电动机或交流伺服电动机的流经电流较大，一般为几安培到几十安培，机器人电动机的驱动需要使用大功率的驱动电路，为了实现对电动机运动特性的控制，机器人常采

6、用脉冲宽度调制(PWM)方式进行驱动。４．运动特性检测传感器机器人运动特性传感器用于检测机器人运动的位置、速度、加速度等参数。三、机器人控制的基本单元５．控制系统的硬件机器人的控制系统是以计算机为基础的，机器人控制系统的硬件系统采用的是二级结构，第一级为协调级，第二级为执行级。协调级实现对机器人各个关节的运动，实现机器人和外界环境的信息交换等功能，执行级实现机器人的各个关节的伺服控制，获得机器人内部的运动状态参数等功能。６．控制系统的软件机器人的控制系统软件实现对机器人运动特性的计算、机器人的智能控制

7、和机器人与人的信息交换等功能。§3.2伺服电动机的原理与特性一、直流电动机的工作原理一、直流电动机的工作原理上页图所示为一台最简单的直流电动机模型，N和S是一对固定的磁级（一般是电磁铁，也可以是永久磁铁），磁极之间有一个可以转动的铁质圆柱体，称为电枢铁心，铁心表面固定一个用绝缘导体构成的电枢线圈abcd，线圈的两端分别接到相互绝缘的两个弧形铜片上，弧形铜片称为换向片，他们的组合体称为换向器。在换向器上放置固定不动而与换向片滑动接触的电刷A和B，线圈abcd通过换向器和电刷接通外电路。电枢线圈和换向器构

8、成的整体称为电枢。一、直流电动机的工作原理此模型作为直流电动机运行时，将直流电源加于电刷A和B。例如将电源正极加于电刷A，电源负极加于电刷B，则线圈abcd中流过电流，在导体ab中，电流由a流向b，在导体cd中，电流由c流向d。载流导体ab和cd均处于N、S极之间，受到电磁力的作用，电磁力的方向用左手定则确定，可知这一对电磁力形成一个转矩，称为电磁转矩，转矩的方向为逆时针方向，使整个电枢逆时针方向旋转。当电枢旋转1800时，导体cd转到N极下，ab转到S