7.1 工业机器人控制系统概述

7.1工业机器人控制系统概述工业机器人控制系统作为机器人重要组成部分之一，构成其主要因素有计算机硬件系统及操作控制软件、输入/输出设备及装置、驱动系统、传感器系统。

（1）复杂的运动描述（2）多自由度（3）计算机控制（4）复杂的数学模型7.1工业机器人控制系统概述7.1.1控制系统特点（1）示教再现功能（2）坐标设置功能（3）与外围设备联系功能（4）位置伺服功能7.1工业机器人控制系统概述7.1.1控制系统基本功能7.1工业机器人控制系统概述7.1.3控制方式按运动坐标控制方式分类关节空间运动控制直角坐标空间运动控制按控制系统对工作环境变化的适应程度分类程序控制系统适应性控制系统人工智能控制系统按控制的机器人数量分类单控系统群控系统按运动控制方式的控制对象不同分类位置控制速度控制力控制

工业机器人中运动坐标的控制实质上就是对机器人运动轨迹的规划和生成按照对机器人运动参数计算时根据空间坐标系的不同分为关节空间的轨迹规划；笛卡尔空间的轨迹规划。7.1工业机器人控制系统概述1.按运动坐标控制方式分类笛卡尔空间中直线轨迹规划关节空间的轨迹规划是对关节变量的时间函数及其二阶时间导数进行规划，使得机器人在运动过程中每个关节都是连续稳定运动的。7.1工业机器人控制系统概述（1）关节空间轨迹规划关节空间插值曲线示意图线性插值法一般适用于点到点的运动。系统给定起始点和终止点的位置、总时间就可以生成轨迹，在此过程中关节加速度固定。7.1工业机器人控制系统概述（1）关节空间轨迹规划线性插值速度与加速度曲线图在笛卡尔空间轨迹规划主要考虑对工业机器人末端执行器位姿的轨迹规划，同时根据末端执行器的位姿关于时间的函数对时间求导就可确定末端执行器的速度和加速度。7.1工业机器人控制系统概述（2）笛卡尔空间轨迹规划轨迹规划流程图7.1工业机器人控制系统概述（2）笛卡尔空间轨迹规划当只要求从A运动到D时若不考虑路径，则应选取关节空间；如果要求从A到D时必须沿直线AD，则应选笛卡尔空间进行轨迹规划。轨迹规划示意图运动控制按被控对象的不同可分为：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。基本控制任务：位置控制7.1工业机器人控制系统概述2.按运动控制方式的被控对象分类工业机器人的很多作业的实质是控制机器人末端执行器的位姿，以实现对其运动

轨迹的控制，主要分为点到点（pointtopoint，PTP）运动和连续轨迹运动（continuous-path，CP）。7.1工业机器人控制系统概述（1）位置控制（a）点到点控制（b）连续轨迹控制

力/力矩控制应用于装配、加工、抛光等作业的机器人。这种方式的控制原理与位置伺服控制原理也基本相同，不过输入量和反馈量不是位置信号，而是力/力矩信号。

7.1工业机器人控制系统概述（2）力/力矩控制力/力矩控制示意图

实现智能控制的机器人可通过传感器获得周围环境的信息，并根据自身内部的知识库做出相应的决策。

采用智能控制技术，可使机器人具有较强的环境适应性及自学习能力。

7.1工业机器人控制系统概述（3）智能控制方式（1）集中控制方式（2）主从控制方式（3）分布控制方式7.1工业机器人控制系统概述7.1.4控制系统结构7.1工业机器人控制系统概述（1）集中控制方式

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。在早期的机器人中常采用这种结构。集中控制方式框图7.1工业机器人控制系统概述（2）主从控制方式

主从控制方式采用主、从两级处理器实现全部控制功能。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。主从控制方式框图7.1工业机器人控制系统概述（3）分布控制方式分布控制方式按系统的性质和方式将系统控制分成几个模块，这种方式实时性好，易于实现高速、高精度控制，易于扩展，是目前流行的方式。分布控制方式框图（1）基于PLC的运动控制（2）基于PC和运动控制卡的运动控制（3）纯PC控制7.1工业机器人控制系统概述7.1.5控制系统硬件结构7.1工业机器人控制系统概述（1）基于PLC的运动控制基于PLC的运动控制方式有两种：①利用PLC的某些输出端口使用脉冲输出指令来产生脉动驱动电动机。②使用PLC的外部扩展的位置模块来进行电动机的闭环反馈控制。

基于PLC的运动控制7.1工业机器人控制系统概述（2）基于PC和运动控制卡的运动控制运动控制器以运动控制卡为主，工控PC的主要作用是提供插补运算和运算指令，速度控制和位置控制是由运动控制卡完成的。

基于PC