工业机器人控制系统的基本原理.pdf

工业机器人控制系统 20 世纪 80 年代以后，由于微型计算机的发展，特别是电力半导 体器件的出现， 使整个机器人的控制系统发生了很大的变化， 使机器 人控制器日趋完善。 具有非常好的人机界面， 有功能完善的编程语言 和系统保护，状态监控及诊断功能。同时机器人的操作更加简单，但 是控制精度及作业能力却有很大的提高。 目前机器人已具有很强的通 信能力，因此能连接到各种网络（ CAN — BUS 、 PROFIBUS 或 ETHERNET ）。形成了机器人的生产线。特别是汽车的焊接生产线、 油漆生产线、 装配生产线很多都是靠机器人工作的。 特别是控制系统 已从模拟式的控制进入了全数字式的控制。 90 年代以后，计算机的性能进一步提高，集成电路（ IC ）的集 成度进一步的提高， 使机器人的控制系统的价格逐渐降低， 而运算的 能力却大大提高， 这样，过去许多用硬件才能实现的功能也逐渐地使 用软件来完成。 而且机器人控制系统的可靠性也由最早几百小时提高 到现在的 6 万小时，几乎不需要维护。 一、 控制系统基本原理及分类 工业机器人的控制器在要求完成特定作业时， 需要做下述几件事： 示教：通过计算机来接受机器人将要去完成什么作业。 也就是给机器 人的作业命令，这个命令实质上是人发出的。 计算：这一部分实际上就是机器人控制系统中的计算机来完成的， 它 通过获得的示教信息要形成一个控制策略，然后再根据这个策 略（也称之为作业轨迹的规划）细化成各轴的伺服运动的控制 的策略。同时计算机还要担负起对整个机器人系统的管理，采 集并处理各种信息。因此，这一部分是非常重要的核心部分。 伺服驱动：就是通过机器人控制器的不同的控制算法将机器人控制策 略转化为驱动信号， 驱动伺服电动机， 实现机器人的高速、 高精度运动，去完成指定的作业。 反馈：机器人控制中的传感器对机器人完成作业过程中的运动状态、 位置、姿态进行实时地反馈，把这些信息反馈给控制计算机， 使控制计算机实时监控整个系统的运行情况，及时做出各种决 策。 示 教 控 制 计 算 机 伺 服 驱 动 传 感 器 图 1 机 器 人 控 制 基 本 原 理 图 控制系统可以有四种不同分类方法： 控制运动方式、 控制系统信 号类型、控制机器人的数目以及人机的相互关系等分类。 （1）、按控制运动方式进行分类可分为程序控制系统、自适应控 制系统和组合控制系统。 A 、 程序控制系统： 绝大多数商品机器人是属于这种控制系统， 主 要用于搬运、装配、点焊等点位控制，以及弧焊、喷涂机器人的 轮廓控制。 程序控制可以使各关节的运动是连续的， 也可以是离散的， 通过 各个关节的连续运动的合成，实现轮廓控制，也可用点位控制，用不 连续的点位实现连续轮廓控制。 B、 自适应控制系统： 自适应是根据环境的变化， 不断地给出后续 运动轨迹的控制。环境的变化是通过传感器来感知，也就是根据 检测到的信息来决策。这个决策是控制系统中的核心问题。要有 很复杂的计算方法。对环境的感知是实时的，要求是高精度和高 速度的运算处理。硬件逻