機(jī)器人控制方面的知識(shí)概述

關(guān)于機(jī)器人，很多人都說過，為什么機(jī)器人它會(huì)聽指揮，對(duì)于機(jī)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(jī)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(xì)看我們今天的話題：機(jī)器人控制技術(shù)詳解

機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

機(jī)器人的結(jié)構(gòu)采用空間開鏈接結(jié)構(gòu)，其各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，為了實(shí)現(xiàn)末端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，需要多關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)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(gè)特點(diǎn)：

1、機(jī)器人的控制與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)密切相關(guān)。機(jī)器人手爪的狀態(tài)可以在各種坐標(biāo)下進(jìn)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(yùn)動(dòng)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(gè)簡單的機(jī)器人也至少有3~5個(gè)自由度，比較復(fù)雜的機(jī)器人有十幾個(gè)，甚至幾十個(gè)自由度.每個(gè)自由度一般包含一個(gè)伺服機(jī)構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個(gè)多變量控制系統(tǒng)。

4、把多個(gè)獨(dú)立的伺服系統(tǒng)有機(jī)地協(xié)調(diào)起來，使其按照人的意志行動(dòng)，甚至賦予機(jī)器人一定的智能，這個(gè)任務(wù)只能是由計(jì)算機(jī)來完成。因此，機(jī)器人控制系統(tǒng)必須是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

5、描述機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)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(jī)器人的運(yùn)動(dòng)可以通過不同的方式和路徑來完成，因此，存在一個(gè)“最優(yōu)”的問題。較高級(jí)的機(jī)器人可以用人工智能的方法，用計(jì)算機(jī)建立起龐大的信息庫，借助信息庫進(jìn)行控制、決策、管理和操作。

傳統(tǒng)的自動(dòng)機(jī)械是以自身的動(dòng)作未重點(diǎn)，而工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)更著重本體與操作對(duì)象的互相關(guān)系。所以，機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個(gè)與運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)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(shí)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(dòng)化、微處理機(jī)控制到小型計(jì)算機(jī)控制等等。

機(jī)器人的控制系統(tǒng)的特性和基本要求

要對(duì)機(jī)器人實(shí)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(jī)器人動(dòng)力學(xué)來說，具有以下特性：

1、機(jī)器人本質(zhì)是一個(gè)非線性系統(tǒng)。引起機(jī)器人非線性的因素很多，結(jié)構(gòu)方面、傳動(dòng)件、驅(qū)動(dòng)元件等都會(huì)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(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。會(huì)對(duì)其他關(guān)節(jié)產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，使得每一個(gè)關(guān)節(jié)都要承受其他關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的擾動(dòng)。

3、是一個(gè)時(shí)變系統(tǒng)，動(dòng)力學(xué)參數(shù)隨著關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)位置的變化而變化。

從使用的角度來看，機(jī)器人是一種特殊的自動(dòng)化設(shè)備，對(duì)它的控制有如下特點(diǎn)和要求：

1、多軸運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制，以產(chǎn)生要求的工作軌跡。因?yàn)闄C(jī)器人的手部運(yùn)動(dòng)是所有關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)，要使手部按照設(shè)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)，就必須很好地控制各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)動(dòng)作，包括運(yùn)動(dòng)軌跡，動(dòng)作時(shí)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(dòng)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(jī)界面，盡量降低對(duì)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(jī)器人的控制方式

工業(yè)機(jī)器人控制方式的分類沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)：

A、機(jī)器人動(dòng)作控制方式

a、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方式

（1.機(jī)器人位置控制方式：定位控制方式—固定位置方式、多點(diǎn)位置方式、伺服控制方式；路徑控制方式：連續(xù)軌跡控制、點(diǎn)到點(diǎn)控制）

（2.機(jī)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(jī)器人力控制方式）

b、機(jī)器人動(dòng)作順序控制方式

B.機(jī)器人示教控制方式

（1.用實(shí)際機(jī)器人示教：直接示教法——功率級(jí)脫離示教，伺服級(jí)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(jī)器人示教：間接示教法——模型機(jī)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(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

一個(gè)工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)通常分為機(jī)構(gòu)本體和控制系統(tǒng)兩大部分。構(gòu)成機(jī)器人控制系統(tǒng)的要素主要有計(jì)算機(jī)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(dòng)器系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)。

工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)是機(jī)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(jī)接口

6、傳感器接口

7、位置伺服功能

8、故障診斷安全保護(hù)功能

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