机器人控制方法.ppt

*三机器人控制方法机器人由机构本体和控制系统组成。构成机器人控制系统的要素有:计算机硬件系统及控制软件;输入/输出设备;驱动器;传感系统。机器人控制系统结构和工作原理*,用于对操作机的控制,以完成特定的工作任务,其基本功能如下:   ·记忆功能:存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。   ·示教功能:离线编程,在线示教,间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。   ·与外围设备联系功能:输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。   ·坐标设置功能:有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。   ·人机接口:示教盒、操作面板、显示屏。   ·传感器接口:位置检测、视觉、触觉、力觉等。   ·位置伺服功能:机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。   ·故障诊断安全保护功能:运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。*(如下图)(1)控制计算机 控制系统的调度指挥机构。一般为微型机、微处理器有32位、64位等,如奔腾系列CPU以及其他类型CPU。  (2)示教盒 示教机器人的工作轨迹和参数设定,以及所有人机交互操作,拥有自己独立的CPU以及存储单元,与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。  (3)操作面板 由各种操作按键、状态指示灯构成,只完成基本功能操作。  (4)硬盘和软盘存储存 储机器人工作程序的外围存储器。  (5)数字和模拟量输入输出 各种状态和控制命令的输入或输出。  (6)打印机接口 记录需要输出的各种信息。  (7)传感器接口 用于信息的自动检测,实现机器人柔顺控制,一般为力觉、触觉和视觉传感器。  (8)轴控制器 完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。  (9)辅助设备控制 用于和机器人配合的辅助设备控制,如手爪变位器等。  (10)通信接口 实现机器人和其他设备的信息交换,一般有串行接口、并行接口等。  (11)网络接口**。   ·集中控制方式:用一台计算机实现全部控制功能,结构简单,成本低,但实时性差,难以扩展,其构成框图如图2所示。   ·主从控制方式:采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等;从CPU实现所有关节的动作控制。其构成框图如图3所示。主从控制方式系统实时性较好,适于高精度、高速度控制,但其系统扩展性较差,维修困难。·分散控制方式:按系统的性质和方式将系统控制分成几个模块,每一个模块各有不同的控制任务和控制策略,各模式之间可以是主从关系,也可以是平等关系。这种方式实时性好,易于实现高速、高精度控制,易于扩展,可实现智能控制,是目前流行的方式,其控制框图如图4所示。*典型的控制方法工业机器人要求能满足一定速度下的轨迹跟踪控制(如喷漆、弧焊等作业)或点到点(PTP)定位控制(点焊、搬运、装配作业)的精度要求,为了得到每个关节的期望位置运动,必须设计一控制算法,算出合适的力矩,再将指令送至驱动器。PID控制   PID控制是指将比例(P)、积分(I)、微分(D)控制规律综合起来的一种控制方式。   其控制器运动方程为:*式中 U——控制器输出控制信号;      ε——控制器输入偏差信号;      Kp——比例系数;      Ti——积分时间常数;      τ——微分时间常数。   控制器的设计就是选择Kp、Ti、τ或者加上其他补偿控制,使系统达到所要求的性能。   提高控制器的增益Kp固然可减小控制系统的稳态误差,从而提高控制精度。但此时相对稳定性往往因之而降低,甚至造成控制系统的不稳定,积分控制可以消除或减弱稳态误差,微分控制能给出控制系统提前开始制动(P减速)的信号,且能反馈误差信号的变化速率(变化趋势),并能在误差信号值变得太大之前,引起一个有效的早期修正信号,有助于增加系统的稳定性。