2020年机器人控制方法.ppt

1. 对机器人控制系统的一般要求
机器人控制系统是机器人的重要组成部分，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。
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机器人控制方法
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2．机器人控制系统的组成 （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
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3．机器人控制系统结构
机器人控制系统按其控制方式可分为三类。    ·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。
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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：
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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。
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机器人控制基本思想：
控制机器人末端操作器沿直角坐标空间指定的轨迹运动，控制系统的输入是期望的直角坐标轨迹。
对于每个关节由电机单独驱动的机器人来