机器人的控制系统说课材料.ppt

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1、机器人的控制系统本模块主要介绍机器人的控制系统，内容包括机器人控制系统的特点、机器人控制系统的基本功能和控制方式、机器人控制系统的分类与组成、机器人控制系统的结构与位置控制、机器人控制的示教方式、关节运动的指令生成、控制软件与机器人示教实例、MOTOMANUP6机器人控制系统。单元提要学习完本模块的内容后，学生应能够了解机器人控制系统的特点，掌握机器人控制系统的控制功能与基本单元；掌握控制系统的种类、分类，能够运用这些知识解释机器人控制系统的技术内容，能够解读机器人的控制框图；了解机器人控制系统的结构；熟悉机器人控制的示教方式；能够读懂控

2、制机器人示教实例；具有实际操作MOTOMANUP6机器人示教控制系统的能力。学习要求学习单元一机器人的控制系统概述多数机器人的结构是一个空间开链结构，各个关节的运动是相互独立的，为了实现机器人末端执行器的运动，需要多关节协调运动，因此，机器人控制系统与普通的控制系统比较，要复杂一些。具体来讲，机器人控制系统主要具有以下特点。(1)机器人控制系统是一个多变量控制系统，即使简单的工业机器人也有3～5个自由度，比较复杂的机器人有十几个自由度，甚至几十个自由度，每个自由度一般包含一个伺服机构，多个独立的伺服系统必须有机地协调起来。例如，机器人的手

3、部运动是所有关节的合成运动，要使手部按照一定的轨迹运动，就必须控制各关节协调运动，包括运动轨迹、动作时序等多方面的协调。一、机器人控制系统的特点(2)运动描述复杂，机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着状态的变化，其参数也在变化，各变量之间还存在耦合。因此，仅仅考虑位置闭环是不够的，还要考虑速度闭环，甚至加速度闭环。在控制过程中，根据给定的任务，应当选择不同的基准坐标系，并做适当的坐标变换，求解机器人运动学正问题和逆问题。此外，还要考虑各关节之间惯性力、哥氏力等的耦合作用和重力负载的

4、影响，因此，系统中还经常采用一些控制策略，如重力补偿、前馈、解耦或自适应控制等。一、机器人控制系统的特点(3)具有较高的重复定位精度，系统刚性好。除直角坐标机器人外，机器人关节上的位置检测元件不能安装在末端执行器上，而应安装在各自的驱动轴上，构成位置半闭环系统。但机器人的重复定位精度较高，一般为±0.1mm。此外，由于机器人运行时要求运动平稳，不受外力干扰，为此系统应具有较好的刚性。(4)信息运算量大。机器人的动作住往可以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采用人工智能的方法，用计算机建立起庞大的信息库，

5、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，自动选择最佳的控制规律。一、机器人控制系统的特点(5)需采用加（减）速控制。过大的加（减）速度会影响机器人运动的平稳性，甚至使机器人发生抖动，因此在机器人起动或停止时采取加（减）速控制策略。通常采用匀加（减）速运动指令来实现。此外，机器人不允许有位置超调，否则将可能与工件发生碰撞。因此，要求控制系统位置无超调，动态响应尽量快。一、机器人控制系统的特点(6)工业机器人还有一种特有的控制方式——示教再现控制方式。当要工业机器人完成某作业时

6、，可预先移动工业机器人的手臂来示教该作业顺序、位置及其他信息，在此过程中把相关的作业信息存储在内存中，在执行任务时，依靠工业机器人的动作再现功能，可重复进行该作业。此外，从操作的角度来看，要求控制系统具有良好的人机界面，尽量降低对操作者的要求。因此，多数情况要求控制器的设计人员不仅要完成底层伺服控制器的设计，还要完成规划算法的编程。总之，工业机器人控制系统是一个与运动学和动力学密切相关的、紧耦合的、非线性的多变量控制系统。随着实际工作情况的不同，可以采用各种不同的控制方式。一、机器人控制系统的特点一、机器人控制系统的特点机器人控制系统是机

7、器人的主要组成部分，用于控制操作机来完成特定的工作任务，其基本功能有示教再现功能、坐标设置功能、与外围设备的联系功能、位置伺服功能。(1)示教-再现功能。机器人控制系统可实现离线编程、在线示教及间接示教等功能，在线示教又包括示教盒示教和导引示教两种情况。在示教过程中，可存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度及与生产工艺有关的信息，在再现过程中，能控制机器人按照示教的加工信息执行特定的作业。二、机器人控制系统的功能(2)坐标设置功能。一般的工业机器人控制器设置有关节坐标、绝对坐标、工具坐标及用户坐标4种坐标系，用户可根据作业要求选用不

8、同的坐标系并进行坐标系之间的转换。(3)与外围设备的联系功能。机器人控制器设置有输入/输出接口、通信接口、网络接口和同步接口，并具有示教盒、操作面板及显示屏等人机接口。此外，还具有多种传感器接