機器人控制方面的知識概述

關(guān)于機器人，很多人都說過，為什么機器人它會聽指揮，對于機器人，除了它的外形，其他什么都不知道，很多人的興趣都在于機器人可以像人類一樣，成為地球上非常有智慧的“人”，如果你真的很想解開疑惑，可以細看我們今天的話題：機器人控制技術(shù)詳解

機器人控制系統(tǒng)的特點

機器人的結(jié)構(gòu)采用空間開鏈接結(jié)構(gòu)，其各個關(guān)節(jié)的運動是獨立的，為了實現(xiàn)末端點的運動軌跡，需要多關(guān)節(jié)的運動協(xié)調(diào)。所以，其控制系統(tǒng)要比普通的控制系統(tǒng)復(fù)雜得多，具有以下幾個特點：

1、機器人的控制與結(jié)構(gòu)運動學(xué)及動力學(xué)密切相關(guān)。機器人手爪的狀態(tài)可以在各種坐標(biāo)下進行描述，根據(jù)需要選擇不同的參考坐標(biāo)系并做適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換；

2、經(jīng)常要求解運動的正問題和逆問題，除此之外還要考慮慣性力、外力（包括重力）、哥氏力、向心力的影響。

3、一個簡單的機器人也至少有3~5個自由度，比較復(fù)雜的機器人有十幾個，甚至幾十個自由度.每個自由度一般包含一個伺服機構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個多變量控制系統(tǒng)。

4、把多個獨立的伺服系統(tǒng)有機地協(xié)調(diào)起來，使其按照人的意志行動，甚至賦予機器人一定的智能，這個任務(wù)只能是由計算機來完成。因此，機器人控制系統(tǒng)必須是一個計算機系統(tǒng)。

5、描述機器人狀態(tài)和運動的數(shù)學(xué)模型是一個非線性模型，隨著狀態(tài)的不同和外力的變化，其參數(shù)也在變化，各變量之間還存在耦合。

6?、機器人的運動可以通過不同的方式和路徑來完成，因此，存在一個“最優(yōu)”的問題。較高級的機器人可以用人工智能的方法，用計算機建立起龐大的信息庫，借助信息庫進行控制、決策、管理和操作。

傳統(tǒng)的自動機械是以自身的動作未重點，而工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)更著重本體與操作對象的互相關(guān)系。所以，機器人控制系統(tǒng)是一個與運動學(xué)和動力學(xué)原理密切相關(guān)的、有耦合的、非線性的多變量控制系統(tǒng)。

隨著實際工作情況的不同，可以有各種不同的控制方式，從簡單的編程自動化、微處理機控制到小型計算機控制等等。

機器人的控制系統(tǒng)的特性和基本要求

要對機器人實施良好的控制，了解被控的特性是很重要的，從我們了解到的機器人動力學(xué)來說，具有以下特性：

1、機器人本質(zhì)是一個非線性系統(tǒng)。引起機器人非線性的因素很多，結(jié)構(gòu)方面、傳動件、驅(qū)動元件等都會引起系統(tǒng)的非線性。

2、各關(guān)節(jié)間具有耦合的作用，表現(xiàn)為某一個關(guān)節(jié)的運動。會對其他關(guān)節(jié)產(chǎn)生動力效應(yīng)，使得每一個關(guān)節(jié)都要承受其他關(guān)節(jié)運動所產(chǎn)生的擾動。

3、是一個時變系統(tǒng)，動力學(xué)參數(shù)隨著關(guān)節(jié)運動位置的變化而變化。

從使用的角度來看，機器人是一種特殊的自動化設(shè)備，對它的控制有如下特點和要求：

1、多軸運動協(xié)調(diào)控制，以產(chǎn)生要求的工作軌跡。因為機器人的手部運動是所有關(guān)節(jié)運動的合成運動，要使手部按照設(shè)定的規(guī)律運動，就必須很好地控制各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)動作，包括運動軌跡，動作時序等多方面地協(xié)調(diào)。

2、較高的位置精度，很大的調(diào)速范圍

3、系統(tǒng)的靜差率要小

4、各關(guān)節(jié)的速度誤差系數(shù)應(yīng)盡量一致

5、位置無超調(diào)，動態(tài)響應(yīng)盡量快

6、需采用加（減）速控制

7、從操作的角度來看，要求控制系統(tǒng)具有良好的人機界面，盡量降低對操作者的要求

8、從系統(tǒng)成本來看，要求盡可能地降低系統(tǒng)的硬件成本，更多地采用軟件伺服的方法來完善控制系統(tǒng)的性能

機器人的控制方式

工業(yè)機器人控制方式的分類沒有統(tǒng)一的標(biāo)準：

A、機器人動作控制方式

a、機器人運動控制方式

（1.機器人位置控制方式：定位控制方式—固定位置方式、多點位置方式、伺服控制方式；路徑控制方式：連續(xù)軌跡控制、點到點控制）

（2.機器人速度控制方式：速度控制方式—固定速度控制，可變速度控制；加速度控制方式—固定加速度控制方式，可變加速度控制）

（3.機器人力控制方式）

b、機器人動作順序控制方式

B.機器人示教控制方式

（1.用實際機器人示教：直接示教法——功率級脫離示教，伺服級接通示教；遙控示教法——示教盒示教法、操縱桿示教法、主從方式示教）

（2.不用機器人示教：間接示教法——模型機器人示數(shù)、專用工具示數(shù)；離線示教法——數(shù)值輸入示數(shù)、圖形示數(shù)、軟件語言示教）

機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

一個工業(yè)機器人系統(tǒng)通常分為機構(gòu)本體和控制系統(tǒng)兩大部分。構(gòu)成機器人控制系統(tǒng)的要素主要有計算機硬件系統(tǒng)及操作控制軟件、輸入/輸出設(shè)備及裝置、驅(qū)動器系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)。

工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)是機器人的重要組成部分，以完成待定的工作任務(wù)，基本功能有：

1、記憶功能

2、示教功能

3、與外圍設(shè)備聯(lián)系功能

4、坐標(biāo)設(shè)置功能

5、人機接口

6、傳感器接口

7、位置伺服功能

8、故障診斷安全保護功能

當(dāng)然，還有很多關(guān)于機器人控制的知識，比如：機器人單關(guān)節(jié)位置伺服控制、機器人力控制、機器人的智能控制等等