机器人控制技术

1、4.1引言4.2教学再生控制4.3运动控制练习题，4.1引言，4.1.1机器人控制的特征4.1.2机器人控制方式4.1.3机器人控制功能4.1.4机器人控制系统，4.1.1机器人控制的特征，1，大量运动学、动力学运算，贝克2 .机器人的控制不仅是非线性的，而且是多变量耦合。 3 .机器人的控制还要优化，解决决决策问题。 4.1引言，机器人的控制方式主要有以下两种： 1、机器人手在空间中的运动方式分别： (1)点控制方式PTP点控制也称为PTP控制，其特征在于，仅控制机器人手在工作空间中的特定离散点处的位置姿势。 该控制方式的主要技术指标是定位精度和运动所需的时间。 上下材料、搬运、点焊、向基板

2、插入部件等定位精度不高，经常应用于机器人只要求在目标点保持手的正确位置姿势的作业。 4.1.2机器人控制方式、4.1引言、1、机器人手在空间中的运动方式类别： (2)连续轨迹控制方式CP连续轨迹控制也称为CP控制，其特征在于，连续地控制机器人手在作业空间中的姿势，以严格预定的路径和速度在一定的精度范围内该控制方式的主要技术指标是机器人手的姿势轨迹跟踪精度和稳定性。 通常，电弧焊、涂装、去毛刺、检查作业的机器人采用这种控制方式。 有些机器人在设计控制系统时，有上述两种控制方式。 例如，进行组装作业的机器人的控制等。 4.1.2机器人控制方式、4.1引言、2、机器人控制是否有反馈： (1)非伺服型

3、控制方式非伺服型控制方式是指没有采用反馈环的开环控制方式。 在这种控制方式中，在机器人作业时进行作业之前，按照预先制作的控制程序来控制机器人的动作顺序，在控制中没有反馈信号，无法监视机器人的作业进展和作业质量的好坏，因此，这种控制方式的作业是相对固定的，作业步骤4.1.2机器人控制方式、4.1引言、2、机器人控制是否有反馈： (2)伺服型控制方式伺服型控制方式是采用了反馈环的闭环控制方式。 该控制方式的特征是在控制中使用内部传感器连续测量机器人的关节位移、速度、加速度等运动参数，并反馈给驱动单元来构成闭环伺服控制。 如果是自适应型或智能型机器人的伺服控制，则通过机器人用外部传感器对外界环境的检

4、测增加，机器人能够适应外界环境的变化，成为构成整体闭环反馈的伺服控制方式。 4.1.2机器人控制方式、4.1引言、1、示教再现功能的示教再现功能，是指示教者预先将机器人作业的各运动参数告诉机器人的功能，在示教过程中，机器人控制系统的存储装置将示教的操作过程自动地记录在存储器中。 在需要机器人的动作的情况下，机器人的控制系统调用存储器中存储的各数据，再现机器人所教导的操作过程，由此机器人能够完成所请求的作业任务。 机器人的示教再现功能容易实现，编程容易，在机器人初期得到了很多应用。 4.1.3机器人控制功能、4.1引言、2、运动控制功能的运动控制功能是指，通过控制机器人手在空间中的姿势、速度、加

5、速度等项目，使机器人手按作业要求动作，最终完成给出的作业任务。 与示教再生功能的差异：在示教再生控制中，机器人手的各运动参数由示教者教授，其精度取决于示教者的熟练度。在运动控制中，机器人手的各运动参数由机器人的控制系统来运算，即使在工作人员不能指示的情况下，也可以通过编程命令来控制机器人执行预定的作业任务。 4.1.3机器人控制功能，4.1引言由于机器人的控制过程涉及大量的坐标变换和插值运算和下层的实时控制，目前的机器人控制系统多采用结构上分层结构的微机控制系统，通常将二级计算机伺服控制系统4.1.4机器人控制系统，4.1引言机器人控制系统的具体工作过程是：控制计算机在收到工作人员输入的工作指

6、令后，首先分析说明指令，确定手的运动参数，进行运动学、动力学和插值运算，最后进行机器人各关节的协调运动这些参数作为各关节伺服控制系统的规定信号通过通信线路输出到伺服控制电平。 关节驱动器转换该信号D/A后，驱动各关节产生协调运动，通过传感器将各关节的运动输出信号反馈给伺服控制级计算机，形成局部闭环控制，更准确地控制机器人手在空间中的运动(作业任务要求)。 控制过程中，作业人员可以直接监视机器人的运动状态，也可以从显示器等输出装置获得机器人运动的相关信息。 4.1.4机器人控制系统，4.1引言，机器人控制系统的构成1，硬件，4.1.4机器人控制系统，4.1引言，机器人控制系统的构成1，硬件单片机

7、的应用，4.1 4.1引言机器人控制系统的构成1、硬件运动控制器的核心由ADSP2181数字信号处理器及其周边部件构成，实现高性能的控制计算，对多个运动轴进行同步控制，实现多轴协调运动应用领域有机器人、数控机床等。 4.1.4机器人控制系统，4.1引言，机器人控制系统的构成1，硬件运动控制器介绍运动控制器以PC为主机，标准的ISA、PCI和通用的串行总线和数字I/O接口运动控制器提供高级语言库和Windows动态连接库，实现复杂的控制功能。 用户将这些控制函数与自己的控制系统所需要的数据处理、界面显示、用户界面等应用模块集成，构筑适合特定应用的要求的控制系统，满足各种应用区域的要求4.1.4机

8、器人控制系统，4.1引言，机器人控制系统的构成1，硬件运动控制器应用，4.1引言，4.1.4机器人控制系统，机器人控制系统的构成2，软件，4.1.4机器人控制系统控制过程：指导者在机器人工作任务中将手的运动告诉机器人，在指导过程中，机器人控制系统将关节运动状态参数记忆到存储器中。 在需要机器人的动作的情况下，机器人的控制系统调用存储器中存储的各数据来驱动关节运动，使机器人所指导的手的运动再现，从而完成所要求的作业任务。 4.2示教再生控制、4.2示教再生控制、4.2.1示教方式4.2.2存储过程、4.2.1示教方式机器人示教的方式多，可综合地分为集中示教方式和分离示教方式。 1 .集中示教方式

9、通过同时示教机器人手的空间姿势、速度、动作顺序等参数的方式，能够通过一次示教生成关节运动的伺服指令。 2 .分离示教方式分离机器人手的空间姿势、速度、动作顺序等参数并单独地示教的方式，通常为了生成关节运动的伺服指令，需要多次示教，但比集中示教方式更有效。4.2示教再生控制、用4.2.1示教方式点(PTP )控制的点焊、传送机器人示教时，可分程序进行编辑、修正等作业，但机器人手进行曲线运动，位置精度高时，示教点数多4.2示教再生控制、以4.2.1示教方式连续轨迹(CP )控制的电弧焊接、涂装机器人示教时，示教操作一旦开始就不能在途中停止，必须以不中断的连续进行到最后，示教途中部分的修正示教时，既

10、可以用手示教，也可以用示教盒示教。 4.2示教再生控制，7/1/2020，4.2.2存储过程，在示教过程中，传感器检测到机器人的关节运动状态的变化，经过转换装置发送到控制系统后，控制系统将这些数据保存在存储器中，示教过程中4.2示教再现控制、1、存储速度取决于传感器的检测速度、转换装置的转换速度和控制系统存储器的存储速度。 2 .存储容量取决于控制系统的存储器的容量。 4.2.2存储过程、4.2示教再现控制、机器人的运动控制是指，机器人手在空间上从一点移动到另一点的过程、或沿着某轨迹运动时，控制其姿势、速度、加速度等运动参数。 根据机器人运动学，因为机器人手的运动起因于各关节的运动，所以控制机

11、器人手的运动实际上是通过控制机器人各关节的运动来实现的。 4.3运动控制、控制过程：根据机器人作业任务所要求的手运动，通过运动学逆解和数学插值运算得到机器人各关节运动的位移、速度和加速度，从动力学正确答案中得到各关节的驱动力(力矩)。 机器人控制系统基于计算出的关节运动状态参数控制驱动装置，驱动各关节产生运动，合成手的空间中的运动，从而完成所要求的工作任务。 4.3运动控制、控制步骤：第一步：生成关节运动伺服指令，即将机器人手在空间中的姿势变化转换成关节变量在时间上按一定规律变化的函数。 这个步骤通常可以离线地执行。 步骤2 :关节运动的伺服控制通过使用一定的控制算法跟踪执行步骤1中生成的关节

12、运动的伺服指令，在线完成。 4.3运动控制，4.3.1关节运动伺服指令的生成4.3.3关节运动的伺服控制4.3.3机器人语言，4.3运动控制，4.3.1关节运动伺服指令的生成1，轨迹计划机器人关节运动伺服指令的轨迹计划生成方法，是作业任务所要求的机器人手的空间根据速度等运动参数的变化，通过机器人运动学方程解和各种插值运算等数学方法，最终生成相应的关节运动伺服指令。 *示教再生控制生产方法示教生成、4.3运动控制、4.3.1关节运动伺服指令的生成2、轨迹计划的实现过程在对机器人进行轨迹计划的情况下，首先记述机器人的作业任务，得到机器人手在空间中的姿势变化， 根据机器人运动学方程式及其逆解，通过适

13、当的插值运算求出机器人各关节的位移、速度等运动参数的变化，通过动力学运算最终生成机器人关节运动所需的伺服指令。 PTP下的轨迹计划在关节坐标空间进行。 CP上的轨迹规划是在直角坐标空间进行的。 4.3运动控制，4.3.1关节运动伺服指令的生成2，轨迹计划的实现过程(1) PTP中的轨迹计划步骤：第一步骤：从手的姿势得到对应关节的位移的步骤2 :不同点与关节位移间的运动计划相对应的步骤3 :从关节运动的变化得到关节驱动力(力矩4.3运动控制，4.3.1关节运动伺服指令的生成2，轨迹计划的实现过程(1) PTP中的轨迹计划的第一步：已知机器人的起点和终点的姿势得到与机器人相对应的关节变量的取值。

14、机器人运动学的逆解，4.3运动控制，4.3.1关节运动伺服指令的生成2，轨迹计划的实现过程(1) PTP中的轨迹计划第二步骤：知道机器人的起点和终点的关节变量的取法的问题：起点的变量的取法如何变化为终点的变量的取法？ 4.3运动控制，4.3.1关节运动伺服指令的生成2，轨迹计划的实现过程(1) PTP中的轨迹计划的第二步骤：知道机器人的起点和终点的关节变量取得值的分析：起点的变量取得值如何变化为终点的变量取得值？ 线性变化的话，4.3运动控制，4.3.1关节运动伺服指令的生成2，轨迹计划的实现过程(1) PTP中的轨迹计划的第二阶段：知道机器人的起点和终点的关节变量的取法分析：起点的变量的取法

15、如何变化到终点的变量的取法？ 如果加速度没有冲击，则4.3运动控制，4.3.1关节运动伺服指令的生成2，轨迹计划的实现过程(1) PTP中的轨迹计划的第二阶段：机器人的起点和终点的关节变量取值a，三次多项式插值运算设定从起点到终点的位移变化规则后，速度为： 4.3运动控制4.3.1关节运动伺服指令的生成2、轨迹计划的实现过程(1) PTP中的轨迹计划第二步骤：机器人的起点和终点的关节变量取值a，三次多项式插值运算关节运动应满足的制约条件是位移制约速度制约、4.3运动控制4.3.1关节运动伺服指令的生成2， 轨迹计划的实现过程(1) PTP中轨迹计划的第二步：机器人的起点和终点的关节变量取值a，

16、通过三次多项式插值运算可以得到系数的4个线性方程式：4.3运动控制4.3.1关节运动伺服指令的生成2，轨迹计划的实现过程(1) PTP中的轨迹计划第二步骤：机器人的起点和终点的关节变量取值a，通过三次多项式插值运算解该方程式，4.3运动控制4.3.1关节运动伺服指令的生成2，轨迹计划的实现过程(1) PTP中的轨迹计划第二步骤：机器人的起点和终点的关节变量为值a 此函数表达式适用于关节起点和终点速度为零的运动情况。 4.3运动控制，4.3.1关节运动伺服指令的生成2，轨迹计划的实现过程(1) PTP中的轨迹计划第二步骤：机器人的起点和终点的关节变量取值b，如果知道多点的三次多项式插值运算在路径点上的加速度是连续的，就用两条三次曲线在路径点上连接4.3运动控制，4.3.1关节运动伺服指令的生成2，轨迹计划的实现过程(1) PTP中的轨迹计划第二步骤：机器人的起点和终点的关节变量取值b，在多点的三次多项式插值运算中，知道从a点到c点的