機(jī)器人控制方面的知識(shí)概述
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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