機器人控制方法演示文稿

機器人控制方法演示文稿當前第1頁\共有23頁\編于星期三\2點優(yōu)選機器人控制方法當前第2頁\共有23頁\編于星期三\2點31.對機器人控制系統(tǒng)的一般要求

機器人控制系統(tǒng)是機器人的重要組成部分，用于對操作機的控制，以完成特定的工作任務(wù)，其基本功能如下：

·記憶功能：存儲作業(yè)順序、運動路徑、運動方式、運動速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。

·示教功能：離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教盒和導引示教兩種。

·與外圍設(shè)備聯(lián)系功能：輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口。

·坐標設(shè)置功能：有關(guān)節(jié)、絕對、工具、用戶自定義四種坐標系。

·人機接口：示教盒、操作面板、顯示屏。

·傳感器接口：位置檢測、視覺、觸覺、力覺等。

·位置伺服功能：機器人多軸聯(lián)動、運動控制、速度和加速度控制、動態(tài)補償?shù)取?/p>

·故障診斷安全保護功能：運行時系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護和故障自診斷。

當前第3頁\共有23頁\編于星期三\2點42．機器人控制系統(tǒng)的組成（如下圖）

（1）控制計算機

控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機構(gòu)。一般為微型機、微處理器有32位、64位等，如奔騰系列CPU以及其他類型CPU。

（2）示教盒

示教機器人的工作軌跡和參數(shù)設(shè)定，以及所有人機交互操作，擁有自己獨立的CPU以及存儲單元，與主計算機之間以串行通信方式實現(xiàn)信息交互。

（3）操作面板

由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，只完成基本功能操作。

（4）硬盤和軟盤存儲存

儲機器人工作程序的外圍存儲器。

（5）數(shù)字和模擬量輸入輸出

各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出。

（6）打印機接口

記錄需要輸出的各種信息。

（7）傳感器接口

用于信息的自動檢測，實現(xiàn)機器人柔順控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。

（8）軸控制器

完成機器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制。

（9）輔助設(shè)備控制

用于和機器人配合的輔助設(shè)備控制，如手爪變位器等。

（10）通信接口

實現(xiàn)機器人和其他設(shè)備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等。

（11）網(wǎng)絡(luò)接口當前第4頁\共有23頁\編于星期三\2點5當前第5頁\共有23頁\編于星期三\2點63．機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機器人控制系統(tǒng)按其控制方式可分為三類。

·集中控制方式：用一臺計算機實現(xiàn)全部控制功能，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但實時性差，難以擴展，其構(gòu)成框圖如圖2所示。

·主從控制方式：采用主、從兩級處理器實現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能。主CPU實現(xiàn)管理、坐標變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等；從CPU實現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動作控制。其構(gòu)成框圖如圖3所示。主從控制方式系統(tǒng)實時性較好，適于高精度、高速度控制，但其系統(tǒng)擴展性較差，維修困難。

·分散控制方式：按系統(tǒng)的性質(zhì)和方式將系統(tǒng)控制分成幾個模塊，每一個模塊各有不同的控制任務(wù)和控制策略，各模式之間可以是主從關(guān)系，也可以是平等關(guān)系。這種方式實時性好，易于實現(xiàn)高速、高精度控制，易于擴展，可實現(xiàn)智能控制，是目前流行的方式，其控制框圖如圖4所示。當前第6頁\共有23頁\編于星期三\2點7當前第7頁\共有23頁\編于星期三\2點8當前第8頁\共有23頁\編于星期三\2點9當前第9頁\共有23頁\編于星期三\2點10典型的控制方法工業(yè)機器人要求能滿足一定速度下的軌跡跟蹤控制（如噴漆、弧焊等作業(yè)）或點到點（PTP）定位控制（點焊、搬運、裝配作業(yè)）的精度要求，為了得到每個關(guān)節(jié)的期望位置運動，必須設(shè)計一控制算法，算出合適的力矩，再將指令送至驅(qū)動器。

PID控制

PID控制是指將比例（P）、積分（I）、微分（D）控制規(guī)律綜合起來的一種控制方式。

其控制器運動方程為：當前第10頁\共有23頁\編于星期三\2點11式中

U——控制器輸出控制信號；

ε——控制器輸入偏差信號；

Kp——比例系數(shù)；

Ti——積分時間常數(shù)；

τ——微分時間常數(shù)。

控制器的設(shè)計就是選擇Kp、Ti、τ或者加上其他補償控制，使系統(tǒng)達到所要求的性能。

提高控制器的增益Kp固然可減小控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，從而提高控制精度。但此時相對穩(wěn)定性往往因之而降低，甚至造成控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，積分控制可以消除或減弱穩(wěn)態(tài)誤差，微分控制能給出控制系統(tǒng)提前開始制動（P減速）的信號，且能反饋誤差信號的變化速率（變化趨勢），并能在誤差信號值變得太大之前，引起一個有效的早期修正信號，有助于增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當前第11頁\共有23頁\編于星期三\2點12機器人控制基本思想：控制機器人末端操作器沿直角坐標空間指定的軌跡運動，控制系統(tǒng)的輸入是期望的直角坐標軌跡。對于每個關(guān)節(jié)由電機單獨驅(qū)動的機器人來說，意味著為使機器人終端沿期望的軌跡運動，幾個關(guān)節(jié)電機必須以不同的運動組合，即不同的速度匹配同時運轉(zhuǎn)。當前第12頁\共有23頁\編于星期三\2點13當前第13頁\共有23頁\編于星期三\2點14機械手的位置控制手爪位置控制（1）使用逆運動學和關(guān)節(jié)角控制的方法當前第14頁\共有23頁\編于星期三\2點15當前第15頁\共有23頁\編于星期三\2點16當前第16頁\共有23頁\編于星期三\2點17機械手的位置控制手爪位置控制（2）注重靜力學關(guān)系的方法當前第17頁\共有23頁\編于星期三\2點18控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

以安川-MRC控制系統(tǒng)為例，介紹控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

安川-MRC控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。安川-MRC控制系統(tǒng)是一個分散型控制系統(tǒng)，系統(tǒng)共有8個相對獨立的微處理器芯片（即CPU）:SYS-CPU、M-CPU、ARITH-CPU、AXIS1-CPU、AXIS2-CPU、SL-CPU、I/O-CPU、PP-CPU，下面分別加以介紹。

（1）SYS-CPU

System-CPU即系統(tǒng)CPU，負責管理整個系統(tǒng)及協(xié)調(diào)工作。

（2）M-CPU

Motioncutroc-CPU，負責完成運動控制工作，坐標變換軌跡規(guī)劃等。

（3）ARITH-CPU

Arithmetic-CPU即數(shù)學運算協(xié)處理器，負責浮點數(shù)運算，使系統(tǒng)運算速度大大提高。

（4）AXIS1-CPU

Axis-CPU即伺服控制CPU，負責第一、二、三軸的伺服控制功能，該CPU級芯片運算速度高。

（5）AXIS2-CPU

功能同AXIS1-CPU控制對象為第三、四、五軸。

（6）I/O-CPU

負責處理并行I/O口信號，以及分散I/O串行口、I/O模擬量輸入輸出信號等。

（7）SL-CPU

負責處理突發(fā)性外部I/O信號，可迅速允許查知信號有效，并快速做出相應(yīng)反應(yīng)處理。

（8）PP-CPU

示教盒CPU(ProgramPendantCPU）負責示教盒功能管理及操作。當前第18頁\共有23頁\編于星期三\2點19當前第19頁\共有23頁\編于星期三\2點202軌跡控制在機器人初始位置和目標位置之間用多項式函數(shù)“內(nèi)插”或“逼近”給定的路徑，并產(chǎn)生一系列“控制設(shè)定點”。路徑一般在笛卡兒坐標下，需要運動學逆問題求解，轉(zhuǎn)換到關(guān)節(jié)坐標。目標軌跡的給定和如何控制機器人使之高精度的跟蹤目標軌跡是軌跡控制的兩個主要內(nèi)容。當前第20頁\共有23頁\編于星期三\2點21實現(xiàn)軌跡控制的方式有示教再現(xiàn)和數(shù)控兩種。示教再現(xiàn)方式：數(shù)控方式：

示教再現(xiàn)方式是在機器人工作之前，讓機器人手延目標軌跡運動，同時將位置及速度等數(shù)據(jù)存入機器人控制計算機中。在機器人工作時再現(xiàn)所示教的動作，使手端延目標軌跡運動。軌跡記憶再現(xiàn)的方式有點位控制（PTP)和連續(xù)路徑控制（C