机器人技术基础及应用 课件 项目三 认识工业机器人控制系统

机器人技术基础及应用项目三认识工业机器人控制系统

任务一

认识工业机器人系统组成与分类目录任务工单2任务提出1任务准备3任务总结5任务实施4一、任务提出任务提出

本任务主要了解工业机器人控制系统的功能、结构组成、特点、结构分类，熟悉机器人操作系统的特点、优劣以及典型工业机器人控制系统的特点。二、任务工单任务工单项目名称项目三

初识工业机器人控制系统任务名称任务一

初识工业机器人系统组成与分类实训场地

实训设备

学

时

班

级

学号

姓

名

工位号

知识目标（1）了解工业机器人控制系统的功能、特点。（2）了解工业机器人控制系统的结构组成、结构分类。（3）掌握工业机器人操作系统。技能目标（1）能够使用典型工业机器人操作系统。素质目标（1）增长见闻、关注行业；（2）安全生产、提高效率；（3）文明生产、保证质量；（4）提升自信、服务产业。任

务

内

容1.工业机器人控制系统的功能。

2.工业机器人控制系统的特点。

3.工业机器人控制系统的结构组成。

4.工业机器人控制系统的结构分类。

5.工业机器人操作系统。三、任务准备（一）思维导图三、任务准备（二）知识详解1.工业机器人控制系统的功能（1）记忆功能：具备存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息的功能。（2）示教再现功能：机器人控制系统可实现离线编程、在线示教及间接示教等功能在线示教又包括通过示教器进行示教和导引示教两种情况。（3）坐标设置功能：一般的工业机器人控制器设置有关节坐标、绝对坐标、工具坐标及用户坐标4种坐标系，用户可根据作业要求选用不同的坐标系并可以进行各坐标系之间的转换。（4）位置伺服功能

：可实现多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、力控制及动态补偿等功能。在运动过程中，还可以实现状态监测、故障诊断下的安全保护和故障自诊断等功能。三、任务准备（二）知识详解1.工业机器人控制系统的功能（5）人机接口：包括示教器、操作面板、显示屏。（6）传感器接口：包括位置检测、视觉、触觉、力觉等。（7）与外围设备联系的功能：外围设备包括输入接口、输出接口、通信接口、网络接口和同步接口。三、任务准备2.工业机器人控制系统的特点（二）知识详解（1）多关节联动控制（2）加（减）速控制（3）基于坐标变换的运动控制（4）运动描述复杂（5）信息运算量大（6）重复定位精度，系统刚性好（7）示教再现控制方式三、任务准备3.工业机器人控制系统的结构组成（二）知识详解（1）控制计算机（2）示教器（3）操作面板（4）磁盘存储（5）数字和模拟量输入/输出（6）打印机接口

（7）传感器接口（8）轴控制器（9）辅助设备控制（10）通信接口（11）

伺服控制器（12）网络接口三、任务准备4.工业机器人控制系统的结构分类（二）知识详解机器人控制系统的硬件结构按照其控制方式可分为三类：集中控制系统主从控制系统分散控制系统三、任务准备4.工业机器人控制系统的结构分类（二）知识详解（1）集中控制系统

优点：

硬件成本较低，

便于信息的采集和分析，

易于实现系统的最优控制，

整体性与协调性较好

基于计算机的系统硬件扩展较为方便。

缺点：实时性差。由于工业机器人控制涉及位置控制、速度控制、加速度控制、轨迹规划等各种数据，对实时性要求较高。三、任务准备4.工业机器人控制系统的结构分类（二）知识详解（2）主从控制系统

优点

主从控制系统实时性较好

适用于高精度、高速度控制

缺点

系统扩展性较差

维修困难三、任务准备4.工业机器人控制系统的结构分类（二）知识详解（3）分散控制系统

优点：

系统灵活性好，

控制系统的危险性降低，

有利于系统功能的并行执行、提高了系统的处理效率，缩短响应时间。

缺点

当系统中轴的数量或控制算法变得很复杂时，其控制性能会恶化，可能会导致系统的重新设计。三、任务准备5.机器人操作系统（二）知识详解（1）VxWorks

所属公司：美国WindRiver(风河系统公司)

设计时间：1983年

开发环境：嵌入式实时操作系统，是Tormado嵌入式开发环境的关键组成部分。

系统特点：

使用可裁剪微内核结构，

具有高效的任务管理、灵活的任务间通信、微秒级的中断处理，

支持多种物理介质及标准、完整的TCP/IP网络协议等。

典型应用：ABB、KUKA等。三、任务准备5.机器人操作系统（二）知识详解（2）WindowsCE所属公司：美国微软公司

开发环境：嵌入式实时操作系统。

系统特点：

与Widows系列有较好的兼容性，

为建立针对上设备、无线设备的动应用程序和服务提供了一种功能丰富的操作系统平台，

适用于那些对内存占用空间具有一定限制的设备。

软实时操作系统，

开发资源丰富

典型应用：KUKA三、任务准备5.机器人操作系统（二）知识详解（3）嵌入式Linux

开发环境：嵌入式操作系统

系统特点：

遵从GPL，是开放源代码和免费的；

有庞大的开发人员群体，无须专门的人才，只要懂Unix/Linux和C语言即可；

支持各种硬件的驱动程序源代码且都可以得到，为用户编写自己专有硬件的驱动程序带来很大方便。

典型应用：中小型机器人公司、科研院所三、任务准备5.机器人操作系统（二）知识详解（4）μC/OS-II

开发环境：嵌入式操作系统

系统特点：

公开源代码

可移植性好

可固化

可裁剪性

占先式内核

可确定性

典型应用：教学机器人、服务机器人、工业机器人科研三、任务准备6.典型工业机器人控制系统（二）知识详解（1）ABBABB总部：瑞士苏黎世

诞生时间：1974年，ABB第一台机器人诞生

典型系统：IRC5控制系统，

框架：x86架构；

操作系统：VxWorks实时操作系统；

功能：负责机器人任规划、外部通信、参数配置等上层任务；三、任务准备6.典型工业机器人控制系统（二）知识详解（2）KUKAKUKA总部：德国巴伐利亚州奥格斯堡

成立时间：1995年

典型系统：KRC4控制系统

框架：x86架构；

操作系统：“VxWorks+Windows”控制系统实时操作系统；三、任务准备6.典型工业机器人控制系统（二）知识详解（3）新松SRCC5

SRCC5智能控制系统

支持虚拟仿真、机器视觉(2D/3D)、力觉传感等多种智能技术的应用

可以通过不同行业的工艺软件包，在焊接、搬运、码垛、磨抛装配、喷涂等多个领域作业。

采用全新的控制柜设计

SRCC5智能控制系统在软、硬件性能得到提升

体积缩减43%，重量降低32%，

柜内机器人控制器、安全控制器、伺服驱动器高度融合,

全方位保障作业安全性。

采用触摸屏横版示教盒

具有高灵敏度的触屏体验，适用于新型系统所有机型。

集成通电按钮、模式选择开关、状态指示灯、急停按钮，更加快捷方便。

示教器线缆与控制柜通过快插连接器连接，能够快速插拔，可以实现示教器与机器人一对多的组合方式。四、任务实施1.选择题（1）示教再现功能是指机器人控制系统可实现离线编程、

及间接示教等功能。A.在线示教B.仿真示教C.虚拟试教D.引导示教

（2）以下哪个不是机器人控制系统的特点。A.多关节联动控制B.信息运算量小

C.基于坐标变换的运动控制D.加（减）

速控制（3）伺服驱动器和伺服电动机构成伺服控制系统，将伺服电动机的编码器的反馈连接到伺服驱动器，形成

控制系统。A.开环B.步进C.闭环D.分散（4）机器人集中控制系统的优点是

。A.硬件成本较低B.便于信息的采集和分析C.易于实现系统的最优控制D.实时性好（5）新松SRCC5控制系统不支持

。A.EMD校准B.虚拟仿真C.机器视觉(2D/3D)D.力觉传感四、任务实施2.填空题（1）机器人的记忆功能具备存储作业顺序、

、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息的功能。（2）机器人的在线示教又包括通过示教器进行示教和

示教两种情况。（3）工业机器人控制系统是一个与运动学和动力学密切相关的、紧耦合的、

的多变量控制系统。（4）机器人控制系统的硬件结构按照其控制方式可分为三类：集中控制系统、主从控制系统和

。（5）机器人操作系统主要有

、WindowsCE、嵌入式Linux、μC/OS-II。四、任务实施3.判断题（1）一般的工业机器人控制器设置有关节坐标、绝对坐标、工具坐标及用户坐标4种坐标系，用户可根据作业要求选用不同的坐标系并可以进行各坐标系之间的转换。（

）（2）描述机器人状态和运动的数学模型是一个线性模型。（

）（3）主从控制系统采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能，适用于高精度、高速度控制。（

）（4）机器人操作系统是工业机器人控制系统的“软部分”，实质上都是采用了嵌入式实时操作系统(RTOS)。（

）（5）ABB机器人的控制系统是IRC5。（

）四、任务实施4.技能实践1.绘制工业机器人控制系统的结构组成。五、任务总结01020304任务提出任务工单任务准备任务实施26感谢聆听！机器人技术基础及应用项目三认识工业机器人控制系统

任务二

初识工业机器人伺服控制目录任务工单2任务提出1任务准备3任务总结5任务实施4一、任务提出任务提出

工业机器人的驱动源于伺服电机，伺服控制则是工业机器人的控制基础，亦是位置控制、速度控制的载体，其良好的控制功能是控制机器人精准定位、运行的关键。本任务主要了解工业机器人的伺服驱动器、伺服控制的基本流程以及控制方式的选用方法。二、任务工单任务工单项目名称项目三

初识工业机器人控制系统任务名称任务二

初识工业机器人伺服控制实训场地

实训设备

学

时

班

级

学号

姓

名

工位号

知识目标（1）了解工业机器人伺服驱动器。（2）掌握工业机器人伺服控制的基本流程。（3）掌握工业机器人伺服驱动控制方式的选用方法。技能目标（1）能够绘制工业机器人伺服控制的基本流程。（2）能够选用工业机器人伺服驱动器控制方式。素质目标（1）增长见闻、关注行业；（2）安全生产、提高效率；（3）文明生产、保证质量；（4）提升自信、服务产业。任

务

内

容1.工业机器人伺服驱动器的技术指标。

2.工业机器人伺服驱动器的通讯方式。

3.工业机器人伺服控制的基本控制任务。

4.工业机器人伺服驱动控制方式的选用方法。

三、任务准备（一）思维导图三、任务准备（二）知识详解1.工业机器人的伺服驱动器（1）组成工业机器人的伺服驱动器是指控制机器人伺服电动机的专用控制器，可通过位置、速度和转矩三种方式对工业机器人的伺服电动机进行闭环控制。三、任务准备（二）知识详解1.工业机器人的伺服驱动器（2）通讯传统模式驱控一体化新型模式（ALLinONE）

优势

体积小、重量轻、部署灵活、成本低、可靠性高

可高效处理完成复杂的机器人算法

通过共享内存传输更多控制、状态信息

通信速度高达100Mbit/s

劣势

在于高集成度开发难度较大

高集成度系统扩展性欠缺三、任务准备（二）知识详解1.工业机器人的伺服驱动器（3）分类功率等级

400W伺服驱动器

1kW同服驱动器

2kW伺服驱动器

5.5kw伺服驱动器

7.5kW伺服驱动器

11kW伺服驱动器

18kw伺服驱动器三、任务准备（二）知识详解1.工业机器人的伺服驱动器（3）分类电动机编码器类型

增量型旋转编码器伺服驱动器

旋转变压器伺服驱动器

磁编码器伺服驱动器

高精度编码器伺服驱动器三、任务准备（二）知识详解1.工业机器人的伺服驱动器（3）分类总线控制方式

EtherCAT总线伺服驱动器

Powerlink总线伺服驱动器

Mechatrolink总线伺服驱动器三、任务准备（二）知识详解2.工业机器人伺服控制的基本流程（1）被控对象不同分类位置控制速度控制加速度控制力控制力矩控制力和位置混合控制三、任务准备（二）知识详解2.工业机器人伺服控制的基本流程（2）基本控制流程三、任务准备（二）知识详解3.工业机器人伺服驱动器控制方式的选用方法（1）根据整体控制需求选用（2）根据伺服驱动器的上位控制器具体情况选用四、任务实施1.选择题（1）工业机器人的伺服驱动器可通过位置、速度和转矩三种方式对工业机器人的伺服电动机进行

控制。A.闭环