模块五机器人的控制系统.ppt

1、工业机械人应用技术、机械人操纵系统概要、1、机械人操纵系统的分类与构成、2、机械人操纵系统的构造与位置控制、3、机械人的力控制、4、机器人控制内容、机器人控制系统的特征、机器人控制系统的基本功能与控制方式， 包括机械人操纵系统的分类和配置、机械人操纵系统的配置和位置控制、机械人控制的教学方式、关节运动的指令生成、控制软件和机械人教学示例、MOTOMAN UP6机械人操纵系统。 学习本模块内容后，学生可以了解机械人操纵系统的特点，掌握机械人操纵系统的控制功能和基本针织面料，掌握操纵系统的种类分类，运用这些个的知识对机械人控制系统的技术内容进行解释， MOTOMAN UP6具有实际操作机械人示教操

2、纵系统的能力，可以读取控制机械人的示教方式，熟悉机械人控制的示教方式，可以解读机械人的控制分块图和机械人操纵系统的构造。 学习单针织面料一机械人的操纵系统概述，多数机械人结构是一个空间开链结构，各关节运动相互独立，实现机械人端效果器运动需要多关节运动协调，所以机械人控制系统比常规控制系统复杂。 具体地说，机械人操纵系统主要具有以下特征。 (1)机械人操纵系统为多变量操纵系统，即使是简单的工业机械人也有35自由度，比较复杂的机械人有十几自由度，甚至有几十自由度，每自由度包含一个伺服驱动系统，多个独立的伺服系统必须有机配合。 例如，机械人的手的运动是所有关节的合成运动，为了使手以一定的轨迹运动，必

3、须控制各关节的运动协调(包含运动轨迹、动作时间节点等多方面的协调)。 一、机械人操纵系统的特点；(2)运动描述复杂，机械人的控制与机构运动学和动力学有关。 描述机械人状态和运动的数学模型是非线性模型，其残奥参数随状态的变化而变化，各变量之间存在结合。 因此，仅考虑位置闭环是不一盏茶的，还需要考虑速度闭环以及加速度闭环。 在控制过程中，根据所给出的塔斯克，选择不同的基准坐标系，进行适当的坐标变换，解决机械人运动学的问题和逆问题。 另外，为了考虑各关节间的惯性力、科里奥利力等耦合作用和重力负荷的影响，在系统中也经常采用重力补偿、种子文件前锋、去耦、自适应控制等控制策略。 一、机械人操纵系统特点，(

4、3)具有高重复定位精度，系统刚度好。 除直角坐标机器人外，机械人关节上的位置检测元件无法安装在终端效果器上，但请安装在各自的驱动轴上，构成位置半闭环系统。 但是，机械人的重复定位精度高达0.1 mm。 此外，由于机械人运转时要求运动顺畅且不受外力干扰作用，因此该系统需要较高的刚性。 (4)信息运算量大。 由于机械人的工作可以通过不同的方式和路径来实现，所以存在着最好的问题，先进的机械人可以采用自动智能的方法，在计算机上建立庞大的信息库，利用信息库进行控制、决策管理和操作。 用传感器和模式识别的方法获得对象和环境的情况，根据给出的指标要求，自动选择最佳的控制规则。 一、机械人操纵系统的特征、一、

5、机械人操纵系统的特征、(6)产业用机械人特有的控制方式、示范再生控制方式。想要完成产业用机械人中的作业时，先启动产业用机械人的手臂，告诉其作业顺序、位置、以及其他信息，在这个过程中将相关的作业信息存储到存储器中，执行塔斯克时通过产业用机械人的动作再现功能，可以反复进行该作业。 另外，从操作的观点来看，要求操纵系统具有良好的人界面并尽可能降低对操作者的要求。 因此，在许多情况下，控制器的设定修正者不仅要完成基础伺服控制器的设定修正，还要求修正图像算法的计程仪编程。 总之，工业机械人操纵系统是一种运动学和动力学密切相关的、紧密耦合的非线性多变量操纵系统。 根据实际的工作状况，可采用各种各样的控制方

6、式。 一、机械人操纵系统的特点，一、机械人操纵系统的特点，机械人操纵系统是机械人的主要组成部分，用于控制操作机并完成特定工作，其基本功能有教学播放功能、坐标设定功能、与外围设备的联系功能、位置伺服功能。 (1)示教-播放功能。 机械人操纵系统提供离线计程仪编程、上线了教学、间接教学等功能，上线了教学既包括机顶盒教学，也包括指南教学。 在示教过程中，可存储关于作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度及生产过程的信息，在再现过程中，可控制机械人根据所示教的加工信息执行特定的作业。 二、机械人操纵系统的功能、(2)坐标设定功能。 典型的工业机械人控制支重轮有关节坐标、绝对坐标、工具坐标、用户坐标4种坐

7、标系，用户可以根据作业请求选择不同的坐标系，进行坐标系之间的转换。 (3)与外围设备的联系功能。 该机械人控制支重轮设置有投入产出接口、通讯接口、网络接口、同步接口，还包括：示教盒、操作面板、显视器等人机接口，以及视觉感知、触觉、接近觉、听觉、力觉(力矩)传感器等多个传感器(4)位置伺服功能。 机械人操纵系统实现多轴联动、运动控制、速度加速度控制、力控制、运动补偿等功能。 还可在运动中实现状态监视、故障诊断的安全保护、故障自我诊断等功能。 二、机械人操纵系统的功能、点间控制方式用于实现点的位置控制，其运动是从一个点到另一个点的，点和点之间的轨迹是不重要的。 因此，该控制方式的特征在于，仅控制工

8、业用机械人的终端效果器的工作空间中的某个规定的离散点处的姿势。 控制时，工业用机械人只要求迅速且正确地实现邻接的各点间的运动，到达目标点的运动轨迹不做任何标记。 例如，自动插入机将零配件、点焊、搬运、组装等作业插入安装器。 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，控制方式比较简单，但难以达到高定位精度。 三、机械人控制方式、三、机械人控制方式、三、机械人控制方式、三、机械人控制方式、学习针织面料二机械人操纵系统的分类与构成、一、机械人控制系统的分类控制修正计算机是控制系统的调度指挥机制，一般为微机，微处理器32位，64位(2)示教计程仪机床。 示教机械人的动作轨迹、残奥仪表设定和所

9、有人机对话操作都有自己的电脑CPU和存储器针织面料，与上位机之间实现了串行通讯方式的信息交互。 (3)操作面板。 操作面板由各种操作按钮、状态坍落度构成，仅完成基本功能操作。 (4)盘片存储。 机器人主要用外围存储器来存储机器人的工作程序计程仪程序。二、机械人操纵系统的构成、(10 )通讯接口。 通讯接口用于实现机械人与其他设备的信息交换，包括串行接口、残奥通道接口等。 (11 )网络接口。 网络接口包括以太网接口和现场总线接口。 以太网接口。 以太网接口可通过以太网直接通讯多台或单个机械人的PC，数据传输速度高达10 Mb/s秒，可直接在PC上通过Windows库函数进行应用程序计程仪编程，

10、支持TCP/IP通讯协议，支持以太网接口现场总线接口支持许多常见的现场总线标准，包括设备网、ab远程I/o、互联总线、profibusDP和MNET。 二、机械人操纵系统的构成、(5)数码量和安娜计程仪量的投入产出。 数字量和模拟计程仪投入产出是指各种状态和控制指令的投入产出。 (6)打印机接口。 打印机接口用于记录需要输出的各种信息。 (7)中心签名接口。 传感器签名接口用于信息的自动检测，实现机械人的柔顺控制，类似于力觉、触觉、视觉感知传感器。 (8)轴控制支重轮。 轴控制支重轮用于完成机械人各关节的位置、速度、加速度控制。 (9)辅助设备控制。 辅助设备控制用于手动变位器等与机械人协作的

11、辅助设备控制。 二、机械人操纵系统的构成、学习用户针织面料三机械人操纵系统的构成和位置控制、集中控制方式是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。 这种结构在初始机械人中经常采用，其配置分块图如图53所示。 另一方面，机械人操纵系统的构成、图5-3集中控制方式的构成分块图，在计算机集中控制系统中，利用计算机资源的开放性特征，可以实现良好的开放性，并可使多种特罗尔卡、传感器设备等全部通过标准PCI槽或标准串行口操纵系统在云同步上。 集中控制系统的优点是硬件成本低，信息采集和分析方便，系统优化控制方便，整体性和协调性好。 其缺点是系统控制不够灵活，控制风险容易集中，发生

12、故障时其影响面宽，结果严重，对工业机械人实时性的要求高，因此系统进行大量数据纠正运算时，系统的实时性降低，系统对多塔斯克的响应能力也是系统的实时性、机械人操纵系统的构成、一、机械人操纵系统的构成、图5-4主从控制方式的构成分块图、一、机械人操纵系统的构成，分布控制方式根据系统的性质和方式，将系统控制分为几个模块，每模块有不同的控制任务和控制策略， 各模式间为主从关系的该方式实时性好，容易高速、高精度的控制，容易扩展，可进行智能二烯烃的控制，以现在流行的方式，其控制分块图如图5-5所示。 其主要思想是“分散控制、集约化管理”，系统可以对其总体目标和任务进行综合协调和分配，通过子系统的协调工作来完

13、成控制任务。 由于整个系统分布在诸如功能、逻辑、物理等方面，因此DCS系统也被称为集散操纵系统或分散控制系统。 在这种配置中，子系统包括控制支重轮、不同的被受控对象或设备，并且各子系统之间经由网络等相互通讯。 分散控制结构提供开放实时准确的机械人操纵系统。 在分布系统，通常采用两阶段的控制方式。机械人操纵系统的构成、图5-5分散控制方式的控制分块图、一、机械人操纵系统的构成、二级分散控制系统通常由上位机、下位机和网络构成。 上位机可进行不同的轨迹校正图像和算法控制，下位机用于内插细分、控制优化等。 上位机和下位机通过通讯男低音相互协调工作。 在此，通讯男低音可以是RS232、RS485、高能效

14、以太网488和USB男低音等格式。现在以太网和现场总线技术的发展，为机械人提供了更高速、稳定、高效的通讯服务，特别是现场总线。 现场总线应用于生产现场，在微机化测控设备间实现了双向多节点数字通讯，形成了一种新型的网络集成式全分布操纵系统现场总线操纵系统(fieldbus control system，FCS )。 在工厂生产网中，可以用现场总线连接的机器统称为现场机器/仪表。 从系统论的角度来看，工业机器人作为工厂的技术装备之一，也可以归纳为现场设备。 在机械人系统中引入现场总线技术有利于产业生产环境中的机械人整合。 另一方面，机械人操纵系统配置、分散控制系统的优点是系统灵活，降低了操纵系统风

15、险，采用多处理机分散控制有利于系统功能的并行执行，提高系统的处理效率，缩短响应时间。 对于具有多自由度的工业机械人来说，集中控制可以很好地处理和简单地补偿各控制轴之间的耦合关系。 缺点是，如果轴的数量增加，控制算法变得复杂，则控制性能恶化，即如果系统的中心轴的数量和控制算法变得复杂，则系统可能被重新设置，分布式结构的每个运动轴都由一个控制支重轮处理。 也就是说，系统的轴间结合少，系统的再建构性高。 另一方面，机械人操纵系统的构成、机械人控制盘设置各种控制用针织面料，进行数据处理和存储，用于执行计程仪程序，如图5-6所示，是机械人系统的大脑。 二、机器人典型控制柜系统，图5-6 ABB产业机器人

16、控制柜，(1)灵活性强。 IRC5控制支重轮由控制模块和驱动模块组成，可选添加工艺模块，容纳点焊、电弧焊接、粘合等定制设备和接口。 搭载3个这些个模组的弹性型控制支重轮，具有完全控制1台6轴机械人和伺服驱动工件定位器等的能力。 要增加机械人数量，只需为每个机械人添加一个驱动模块，即可选择安装一个工艺模块，最多可控制四台机械人在多模式下的工作。 各模块之间需要两根连接电缆，一根是安全信号传输电缆，另一根是以太网连接电缆，可用于模块间通讯，模块连接简单。 二、机械人典型控制柜系统，二、机械人典型控制柜系统，二、机械人典型控制柜系统，(1)主电源开关。 主电源开关是机械人系统的总开关。 (2)紧急停

17、止按钮。 无论哪种模式，一旦推一推紧急停止按钮，机械人都将立即停止动作。 为了重新启动机械人，需要将紧急停止按钮移至原来的位置。 (3)马达的电源开/关按钮。 电机的电源on/off按钮表示机械人电机的动作状态。 当牛鼻子灯始终点亮时，表示电源接通状态，机械人的马达启动，准备执行计程仪程序牛鼻子灯闪烁时，机械人不同步(未标定或计数器未更新)，表示马达启动的牛鼻子灯缓慢闪烁二、机械人典型的控制柜系统、(4)模式选择按钮。 如图5-7所示，ABB产业用机械人的模式选择按钮通常分为2二进制位选择开关和3二进制位选择开关。图5-7 ABB工业机械人模式选择按钮a自动模式b手动差动模式c手动全速模式，二、机械人典型的控制柜系统，用于在接近实际情况下调试程序。 机械人只能在低速、人工控制下运行，如果不按下enable则无法启动电机。 在机械人运转时使用，但在这种状态下不能使用操作杆。 二、机械人典型的控制柜系统、KUKA机械人广泛应用于汽车制造、船舶制造、冶金、娱乐等领域。 机械人定径套的设备如图5-8所示，有KRC2控制支重轮盘、KCP控制盘。、图5-8 KUKA工业用机械人控制柜，二、机械人典型控制柜系统，二、机械人典型控制柜系统，(1)标准工业用控制控制柜