机器人控制综合系统组成分类及要求.doc

机器人控制系统
一、 工业机器人控制系统应含有特点
工业机器人控制系统关键任务是控制工业机器人在工作空间中运动位置、姿态和轨迹、操作次序及动作时间等项。其中有些项目标控制是很复杂，这就决定了工业机器人控制系统应含有以下特点：
（1）工业机器人控制和其机构运动学和动力学有着密不可分关系，所以要使工业机器人臂、腕及末端实施器等部位在空间含有正确无误位姿，就必需在不一样坐标系中描述它们，而且伴随基准坐标系不一样而要做合适坐标变换，同时要常常求解运动学和动力学问题。
（2）描述工业机器人状态和运动数学模型是一个非线性模型，伴随工业机器人运动及环境而改变。又因为工业机器人往往含有多个自由度，所以引发其运动改变变量不止个，而且各个变量之间般全部存在耦合问题。这就使得工业机器人控制系统不仅是一个非线性系统，而且是一个多变量系统。
（3）对工业机器人任一位姿全部能够经过不一样方法和路径达成，所以工业机器人控制系统还必需处理优化问题。

二、对机器人控制系统通常要求
机器人控制系统是机器人关键组成部分，用于对操作机控制，以完成特定工作任务，其基础功效以下：
•记忆功效：存放作业次序、运动路径、运动方法、运动速度和和生产工艺相关信息。
•示教功效：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包含示教盒和导引示教两种。
•和外围设备联络功效：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同时接口。
•坐标设置功效：相关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。
•人机接口：示教盒、操作面板、显示器。
•传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。
•位置伺服功效：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态赔偿等。
•故障诊疗安全保护功效：运行时系统状态监视、故障状态下安全保护和故障自诊疗。

三、 机器人控制系统组成（图1）
（1）控制计算机 控制系统调度指挥机构。通常为微型机、微处理器有32位、64位等，如飞跃系列CPU和其它类型CPU。
（2）示教盒 示教机器人工作轨迹和参数设定，和全部些人机交互操作，拥有自己独立CPU和存放单元，和主计算机之间以串行通信方法实现信息交互。
（3）操作面板 由多种操作按键、状态指示灯组成，只完成基础功效操作。
（4）硬盘和软盘存放存 储机器人工作程序外围存放器。
（5）数字和模拟量输入输出 多种状态和控制命令输入或输出。
（6）打印机接口 统计需要输出多种信息。
（7）传感器接口 用于信息自动检测，实现机器人柔顺控制，通常为力觉、触觉和视觉传感器。
（8）轴控制器 完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。
（9）辅助设备控制 用于和机器人配合辅助设备控制，如手爪变位器等。
（10）通信接口 实现机器人和其它设备信息交换，通常有串行接口、并行接口等。
（11）网络接口
1）Ethernet接口：可经过以太网实现数台或单台机器人直接PC通信，数据传输速率高达10Mbit/s，可直接在PC上用windows库函数进行应用程序编程以后，支持TCP/IP通信协议，经过Ethernet接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。
2）Fieldbus接口：支持多个流行现场总线规格，如Device net、AB Remote I/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。

四、机器人控制系统分类
程序控制系统：给每一个自由度施加一定规律控制作用，机器人就可实现要求空间轨迹。
自适应控制系统：当外界条件改变时，为确保所要求品质或为了伴随经验积累而自行改善控制品质，其过程是基于操作机状态和伺服误差观察，再调整非线性模型参数，一直到误差消失为止。这种系统结构和参数能随时间和条件自动改变。
人工智能系统：事先无法编制运动程序，而是要求在运动过程中依据所取得周围状态信息，实时确定控制作用。
运动方法：
点位式。要求机器人正确控制末端实施器位姿，而和路径无关；
轨迹式。要求机器人按示教轨迹和速度运动。
控制总线：
·国际标准总线控制系统。采取国际标准总线作为控制系统控制总线，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。
·自定义总线控制系统。由生产厂家自行定义使用总线作为控制系统总线。
编程方法：
·物理设置编程系统。由操作者设置固定限位开关，实现起动，停车程序操作，只能用于简单捡起和放置作业。
·在线编程。经过人示教来完成操作信息记忆过程编程方法，包含直接示教（即手把手示教）模拟示教和示教盒示教。
·离线编程。不对实际作业机器人直接示教，而是脱离实际作业环境，生成示教程序，经过使用高级机器人，编程语言，远程式离线生成机器人作业轨迹。

五、机器人控制系统结构
机器人控制系统按其控制方法可分为三类。
·集中控制方法：用一台计算机实现全部控制功效，结构简单，成本低，但实时性差，难以扩展，其组成框图图2所表示。
·主从控制方法：采取主、从两级处理器实现系统全部控制功效。主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊疗等；从CPU实现全部关节动作控制。其组成框图图3所表示。主从控制方法系统实时性很好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。
·分散控制方法：按系统性质和方法将系统控制分成多个模块，每一个模块各有不一样控制任务和控制策略，各模式之间能够是主从关系，也能够是平等关系。这种方法实时性好，易于实现高速、高精度控制，易于扩展，可实现智能控制，是现在流行方法，其控制框图图4所表示。