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        科普|工業機器人控制技術詳解

        2020年01月16日 11:32:11 中國傳動網

        關于機器人,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:機器人控制技術詳解

        機器人控制系統的特點

        機器人的結構采用空間開鏈接結構,其各個關節的運動是獨立的,為了實現末端點的運動軌跡,需要多關節的運動協調。所以,其控制系統要比普通的控制系統復雜得多,具有以下幾個特點:

        1、機器人的控制與結構運動學及動力學密切相關。機器人手爪的狀態可以在各種坐標下進行描述,根據需要選擇不同的參考坐標系并做適當的坐標變換;

        2、經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,它們必須協調起來,組成一個多變量控制系統。

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

        5、描述機器人狀態和運動的數學模型是一個非線性模型,隨著狀態的不同和外力的變化,其參數也在變化,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”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。

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

        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來說,具有以下特性:

        1、機器人本質是一個非線性系統。引起機器人非線性的因素很多,結構方面、傳動件、驅動元件等都會引起系統的非線性。

        2、各關節間具有耦合的作用,表現為某一個關節的運動。會對其他關節產生動力效應,使得每一個關節都要承受其他關節運動所產生的擾動。

        3、是一個時變系統,動力學參數隨著關節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備,對它的控制有如下特點和要求:

        1、多軸運動協調控制,以產生要求的工作軌跡。因為機器人的手部運動是所有關節運動的合成運動,要使手部按照設定的規律運動,就必須很好地控制各關節協調動作,包括運動軌跡,動作時序等多方面地協調。

        2、較高的位置精度,很大的調速范圍

        3、系統的靜差率要小

        4、各關節的速度誤差系數應盡量一致

        5、位置無超調,動態響應盡量快

        6、需采用加(減)速控制

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

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

        機器人的控制方式

        工業機器人控制方式的分類沒有統一的標準:

        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、專用工具示數;離線示教法——數值輸入示數、圖形示數、軟件語言示教)

        機器人控制系統結構和工作原理

        一個工業機器人系統通常分為機構本體和控制系統兩大部分。構成機器人控制系統的要素主要有計算機硬件系統及操作控制軟件、輸入/輸出設備及裝置、驅動器系統、傳感器系統。

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

        1、記憶功能

        2、示教功能

        3、與外圍設備聯系功能

        4、坐標設置功能

        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

        當然,還有很多關于機器人控制的知識,比如:機器人單關節位置伺服控制、機器人力控制、機器人的智能控制等等

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        供稿:旺材電機與電控

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