机器人技术

工业机器人控制技术详解

转载 :  ytvip03.com   2019年12月23日

        关于机器人,很多人都跟我说过,为什么机器人它会听指挥,对于机器人,除了它的外形,其他什么都不知道,很多人的兴趣都在于机器人可以像人类一样,成为地球上非常有智慧的“人”,如果你真的很想解开疑惑,可以细看我们今天的话题:机器人控制技术详解。

 


机器人控制系统的特点


        机器人的结构采用空间开链接结构,其各个关节的运动是独立的,为了实现末端点的运动轨迹,需要多关节的运动协调。所以,其控制系统要比普通的控制系统复杂得多,具有以下几个特点:
        1、机器人的控制与结构运动学及动力学密切相关。机器人手爪的状态可以在各种坐标下进行描述,根据需要选择不同的参考坐标系并做适当的坐标变换;
        2、经常要求解运动的正问题和逆问题,除此之外还要考虑惯性力、外力(包括重力)、哥氏力、向心力的影响。
        3、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,它们必须协调起来,组成一个多变量控制系统。
        4、把多个独立的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,这个任务只能是由计算机来完成。因此,机器人控制系统必须是一个计算机系统。
        5、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。
        6、机器人的运动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用人工智能的方法,用计算机建立起庞大的信息库,借助信息库进行控制、决策、管理和操作。

 


        传统的自动机械是以自身的动作未重点,而工业机器人的控制系统更着重本体与操作对象的互相关系。
        所以,机器人控制系统是一个与运动学和动力学原理密切相关的、有耦合的、非线性的多变量控制系统。
        随着实际工作情况的不同,可以有各种不同的控制方式,从简单的编程自动化、微处理机控制到小型计算机控制等等。


机器人的控制系统的特性和基本要求


        要对机器人实施良好的控制,了解被控的特性是很重要的,从我们了解到的机器人动力学来说,具有以下特性:
        1、机器人本质是一个非线性系统。引起机器人非线性的因素很多,结构方面、传动件、驱动元件等都会引起系统的非线性。
        2、各关节间具有耦合的作用,表现为某一个关节的运动。会对其他关节产生动力效应,使得每一个关节都要承受其他关节运动所产生的扰动。
        3、是一个时变系统,动力学参数随着关节运动位置的变化而变化。

 


        从使用的角度来看,机器人是一种特殊的自动化设备,对它的控制有如下特点和要求:
        1、多轴运动协调控制,以产生要求的工作轨迹。因为机器人的手部运动是所有关节运动的合成运动,要使手部按照设定的规律运动,就必须很好地控制各关节协调动作,包括运动轨迹,动作时序等多方面地协调。
        2、较高的位置精度,很大的调速范围
        3、系统的静差率要小
        4、各关节的速度误差系数应尽量一致
        5、位置无超调,动态响应尽量快
        6、需采用加(减)速控制
        7、从系统成本来看,要求尽可能地降低系统的硬件成本,更多地采用软件伺服的方法来完善控制系统的性能

 


机器人的控制方式


        工业机器人控制方式的分类没有统一的标准:
        A、机器人动作控制方式
        a、机器人运动控制方式
        (1.机器人位置控制方式:定位控制方式—固定位置方式、多点位置方式、伺服控制方式;路径控制方式:连续轨迹控制、点到点控制)
        (2.机器人速度控制方式:速度控制方式—固定速度控制,可变速度控制;加速度控制方式—固定加速度控制方式,可变加速度控制)
        (3.机器人力控制方式)
        b、机器人动作顺序控制方式
        B.机器人示教控制方式
        (1.用实际机器人示教:直接示教法——功率级脱离示教,伺服级接通示教;遥控示教法——示教盒示教法、操纵杆示教法、主从方式示教)
        (2.不用机器人示教:间接示教法——模型机器人示数、专用工具示数;离线示教法——数值输入示数、图形示数、软件语言示教)


机器人控制系统结构和工作原理


        一个工业机器人系统通常分为机构本体和控制系统两大部分。构成机器人控制系统的要素主要有计算机硬件系统及操作控制软件、输入/输出设备及装置、驱动器系统、传感器系统。
        工业机器人的控制系统是机器人的重要组成部分,以完成待定的工作任务,基本功能有:
        1、记忆功能
        2、示教功能
        3、与外围设备联系功能
        4、坐标设置功能
        5、人机接口
        6、传感器接口
        7、位置伺服功能
        8、故障诊断安全保护功能
        当然,还有很多关于机器人控制的知识,比如:机器人单关节位置伺服控制、机器人力控制、机器人的智能控制等等。

 

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