机器人的控制基础

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1、第五章第五章 机器人的控制基础机器人的控制基础第一节第一节 概概 述述一、机器人控制系统的特点一、机器人控制系统的特点1）机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。）机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。 2）机器人有多个自由度。每个自由度一般包含一个伺服）机器人有多个自由度。每个自由度一般包含一个伺服机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。3）机器人控制系统必须是一个计算机控制系统。同时，）机器人控制系统必须是一个计算机控制系统。同时，计算机软件担负着艰巨的任务。计算机软件担负着艰巨的任务。4）描述机器人状态和运动的数学模型是一个非

2、线性模型，）描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着状态的不同和外力的变化，其参数也在变化，各随着状态的不同和外力的变化，其参数也在变化，各变量之间还存在耦合。变量之间还存在耦合。5）机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成，）机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成，因此存在一个因此存在一个“最优最优”的问题。的问题。 二、机器人的控制方式二、机器人的控制方式1. 点位式点位式 很多机器人要求能准确地控制末端执行很多机器人要求能准确地控制末端执行器的工作位置，而路径却无关紧要。例如，器的工作位置，而路径却无关紧要。例如，在印刷电路板上安插元件、点焊、装配等在印刷电路板

3、上安插元件、点焊、装配等工作，都属于点位式工作方式。工作，都属于点位式工作方式。2. 轨迹式轨迹式 在弧焊、喷漆、切割等工作中，要求机在弧焊、喷漆、切割等工作中，要求机器人末端执行器按照示教的轨迹和速度运器人末端执行器按照示教的轨迹和速度运动。如果偏离预定的轨迹和速度，就会使动。如果偏离预定的轨迹和速度，就会使产品报废。可称之为轨迹伺服控制。产品报废。可称之为轨迹伺服控制。二、机器人的控制方式二、机器人的控制方式1. 点位式点位式 很多机器人要求能准确地控制末端执行器的工很多机器人要求能准确地控制末端执行器的工作位置，而路径却无关紧要。例如，在印刷电路作位置，而路径却无关紧要。例如，在印刷电路

4、板上安插元件、点焊、装配等工作，都属于点位板上安插元件、点焊、装配等工作，都属于点位式工作方式。式工作方式。二、机器人的控制方式二、机器人的控制方式2. 轨迹式轨迹式 在弧焊、喷漆、切割等工作中，要求机器人末在弧焊、喷漆、切割等工作中，要求机器人末端执行器按照示教的轨迹和速度运动。如果偏离端执行器按照示教的轨迹和速度运动。如果偏离预定的轨迹和速度，就会使产品报废。可称之为预定的轨迹和速度，就会使产品报废。可称之为轨迹伺服控制。轨迹伺服控制。3. 力（力矩）控制力（力矩）控制方式方式 在完成装配、抓在完成装配、抓放物体等工作时，放物体等工作时，除要准确定位之外，除要准确定位之外，还要求使用适度的

5、还要求使用适度的力或力矩进行工作，力或力矩进行工作，这时就要利用力这时就要利用力（力矩）伺服方式。（力矩）伺服方式。4. 智能控制方式智能控制方式三、机器人控制的基本单元三、机器人控制的基本单元机器人控制系统的基本要素包括电动机、减速器、机器人控制系统的基本要素包括电动机、减速器、运动特性检测的传感器、驱动电路、控制系统的运动特性检测的传感器、驱动电路、控制系统的硬件和软件。硬件和软件。1电动机电动机 驱动机器人运动的驱动力，常见的有液压驱动、驱动机器人运动的驱动力，常见的有液压驱动、气压驱动、直流伺服电机驱动、交流伺服电机驱气压驱动、直流伺服电机驱动、交流伺服电机驱动和步进电机驱动。动和步进

6、电机驱动。 2减速器减速器减速器是为了增加驱动力矩，降低运动速度减速器是为了增加驱动力矩，降低运动速度 3驱动电路驱动电路 由于直流伺服电机或交流由于直流伺服电机或交流伺服电机的流经电流较大，伺服电机的流经电流较大，机器人常采用脉冲宽度调制机器人常采用脉冲宽度调制（PWM）方式进行驱动。）方式进行驱动。4运动特性检测的传感器运动特性检测的传感器 机器人运动的特性传感器机器人运动的特性传感器用于检测机器人运动的位置、用于检测机器人运动的位置、速度、加速度等参数。速度、加速度等参数。5控制系统的硬件控制系统的硬件 机器人的控制系统是以计算机为基础的，机器机器人的控制系统是以计算机为基础的，机器人控

7、制系统的硬件系统采用的是二级结构人控制系统的硬件系统采用的是二级结构协协调级和执行级。调级和执行级。6控制系统的软件控制系统的软件 对机器人运动特性的计算、机器人的智能控制对机器人运动特性的计算、机器人的智能控制和机器人与人的信息交换等功能。和机器人与人的信息交换等功能。第二节第二节 伺服电机的原理与特性伺服电机的原理与特性一、直流电机的结构和额定值一、直流电机的结构和额定值1直流电机的结构直流电机的结构1电枢绕组；电枢绕组；2电枢铁心；电枢铁心；3机座；机座；4主磁极铁心；主磁极铁心；5励磁绕组；励磁绕组；6换向极绕组；换向极绕组；7换向极铁心；换向极铁心；8主磁主磁极极靴；极极靴；9机座底

8、脚；机座底脚；直流电机横剖面示意图直流电机横剖面示意图 2直流电机的额定值直流电机的额定值（1）额定功率额定功率：是指轴上输出的机械功率，单：是指轴上输出的机械功率，单位为位为kW。（2）额定电压额定电压：安全工作的最大外加电压或输：安全工作的最大外加电压或输出电压，单位为出电压，单位为V(伏伏)。（3）额定电流额定电流：允许流过的最大电流，单位为：允许流过的最大电流，单位为A(安安)。（4）额定转速额定转速：额定转速是指电机在额定电压、：额定转速是指电机在额定电压、额定电流和输出额定功率的情况下运行时，电机额定电流和输出额定功率的情况下运行时，电机的旋转速度，单位为的旋转速度，单位为rpm(