开放式机器人运动控制器课件

1、机器人系统的计算机设计17 开放式机器人运动控制器机器人系统中存在大量的微处理器用于控制机械手各关节的运动。2分布式处理器机器人系统通常使用能完成特定任务的分布式处理器。例如，每个轴有一个专用处理器，而所有这些处理器都由一个主处理机控制。这样做使得每个轴能很快地控制外围的某个元件（手抓，执行器等）。优点：使大多数应用程序结构简单，控制系统具有更强的计算能力。缺点：处理器之间必须传递一定的信息，以取得同步。3用作程序器和计算单元的微处理器存储器二进制I/O接口操作者控制器视觉系统公用总线关节1的伺服控制器功率放大器传感器（位置、速度）电机关节n的伺服控制器功率放大器传感器（位置、速度）电机手抓接

2、口装置摄像机实时时钟功率源二进制I/O.关节传感器信息接机械手上的手抓关节闭环控制4关节闭环控制5总线结构BUS指传送信息的装置。标准化总线结构：IBM PC Bus(IBM)、Multibus(Intel)、VME bus(Motorola)等。总线的指标：总线宽度（总线上多少条线）功能（地址、数据、控制还是电源线）速度（允许的带宽、传送信号的容量）多重性等若没有供机器人使用的标准化总线结构，则某一制造厂无法与其他厂商的硬件接口。6计算元件在机器人应用中的功能控制功能最简单的：开启或关闭继电器或电子开关。通过A/D，D/A元件，微处理器可以充当关节控制器，实现数字化PID等控制算法，并可输出

3、3.7v以上的驱动信号，控制执行器的运动（如伺服电机的转动）。7通讯功能信息的交换使处理过程能按照设计者的意图进行。保证通讯的通畅需要通讯双方有一致的协议。许多协议已发展成标准：ANSI,ASME,EIA, IEEE,NEMA等较简单的通讯方式：串行通讯，适合近距离通讯。8计算功能完成各种坐标转换。信号处理。比如对传感器信号消去噪声。视觉检测。人们用视觉检测手段实现机器人有关的对准功能。比如集成电路准确的放到印刷电路板上。以上实例基本都要大量计算，要求进行浮点运算，矩阵运算和超越函数计算。因此，功能较强的计算处理器必不可少。9协调功能协调指要求一个总控制器控制整个机器人操作。计算机必须能够协调

4、机器人机械手，全部传感系统间的运作，同时对处理过程和各个组件进行监测。总控制器必须把所有信息传输给主计算机，使主计算机可以中断或修正某个控制器的计划。10实时性问题计算机必须对外界的输入及时产生响应，两种方法：a程序驱动 b事件驱动程序驱动响应意味着在某种情况下可能有输入信号。比如说键盘输入，程序在执行前等待键盘的输入。类似查询方式。11事件驱动响应事先不可预测。比如人进入机器人的工作空间，安全起见，应停止所有机器人运动。类似中断方式12机器人对外部事件的响应要求为几个微秒，计算机的结构设计必须满足这个要求。例如，机器人撞上事先不知的物体，可通过监测每个关节的位置和电流传感器发生的信号来检测这

5、种情况。如果电机电流和位置误差异常增大，则应通过中断机制停止运动或伺服机构的增益。13机器人编程机器人语言为用户确定待完成的任务提供了灵活性。14机器人控制排序简单的机器人顺序控制通过排序器可以实现，排序器接收命令并记录机器人的关节位置，然后可以通过所期望的状态“回放”，这样得到机器人的动作排序。某种意义上，排序器具有编程语言的功能，但没有编程语言的明确命令和数据结构。15比较各种编程语言，有三种不同的实施方法：固定指令顺序控制通用编程语言在机器人领域中的扩展机器人专用编程语言16固定指令顺序控制机器人操作序列用“示教控制盒”来确定。示教控制盒提供了靠按钮或操作杆使机械手的工具点在空间定位的能

6、力。每个程序步骤由一系列动作组成：检查输入线状态检查子程序调用完成机器人移动延迟一段规定时间设定手抓的状态（开或闭）设定输出线状态17理解这种程序控制结构假设存储器里已存放多个程序。按下某个开关，便启动了某个由程序定义的动作序列。则机器人控制器使机械手移动到由存贮器存贮的一组关节变量确定的空间点。机械手到达这一位置后，则执行后续动作：等待延迟时间，开或闭手爪等。然后从存贮器中取出下一个指令。重复上述动作。18通用编程语言的扩展机器人编程的发展导致语言的融合。具有扩展功能的通用编程语言可为用户提供控制和数据结构。循环、条件语句等的运用增加了编程的灵活性19专用机器人编程语言导致专用机器人编程语言

7、发展的主要因素是机器人控制系统需要与外部传感器接口以便根据传感器信息“实时”的改变其编程序列。另外，更富有意义的任务描述等要求也促进了各种语言的发展。20几种机器人语言AL语言斯坦福大学开发以Pascal语言为基础可以同时控制两个PUMA 600和两个斯坦福Scheinman臂。21AML语言IBM开发结构优良，提供简单子集，是非常适用于机器人编程的交互式程序语言。22RAIL语言美国Automatrix公司开发用于控制视觉系统和操作系统的一种高级语言。以Pascal语言为基础该语言的很多结构可以支持检测和弧焊系统。23RPL语言为中等通用自动制造系统的开发、测试和控制算法的调试而开发的语言。

8、该语言针对工厂工艺工程师和生产线上的技术员等非熟练程序员设计。以FORTRAN语言为基础。24VAL语言一种机器人编程语言和控制系统针对应用中实现机器人的制造工程师能轻松定义机器人的各种任务25程序实例26空间点的演示给伺服机器人编写程序，第一步，应将程序中的路径点通过示教的方式演示一遍。这种示教方式要求操纵者使末端执行器（手抓）移动到工作范围内一系列位置来“演示”空间中的点。控制器根据指令将路径点的坐标记录进内存。以后运行程序时，机器人自动根据内存中顺序存放的坐标进行运动。27示教方式连续路径（CP）操作者手工移动机械手，通过执行任务要求经过的位置点，控制器“记忆”每个位置处全部关节的坐标。示教可按照与实时操作速率不同的速率执行。28程序点（PP）示教不需要操作者在物理上移动机械手，而是利用计算机终端进行遥控操作。示教完成后将一系列坐标点下载至控制器内存。29路径设计路径设计或者轨道规划算法都与沿机械手运动轨迹的中间点的产生有关。这些点必须输入到控制系统。中间点产生的规则：执行器从起始位置移动到终点的过程中，机器人的关节应同时启动和停止。程序未规定的中间点由关节内处理器通过插补产生。“工具点”沿直线运动。在运动前可规定加速度和速度。30例如：MOVE P,P1命令机器人从它的现时位置沿直线移动到指定的P1点。这个动作通过插补的方式实现。31机器