機器人控制系統(tǒng)是由什么組成?機器人控制系統(tǒng)是工業(yè)機器人的重要組成部分,它的作用相當(dāng)于人腦。擁有一個功能完善、靈敏可靠的控制系統(tǒng)是工業(yè)機器人與設(shè)備協(xié)調(diào)動作、共同完成作業(yè)任務(wù)的關(guān)鍵。工業(yè)機器人的構(gòu)成分為:機械本體部分、傳感器部分和控制部分,共包含六個子系統(tǒng) :驅(qū)動系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、環(huán)境交互系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng) 、控制系統(tǒng)。
工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)一般由對其自身運動的控制和工業(yè)機器人與周邊設(shè)備的協(xié)調(diào)控制兩部分組成。
工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點機器人從結(jié)構(gòu)上講屬于一個空間開鏈組織,其中各個關(guān)節(jié)的運動是獨立的,為了實現(xiàn)末端點的運動軌跡,需要多關(guān)節(jié)的運動協(xié)調(diào),其控制系統(tǒng)較普通的控制系統(tǒng)要復(fù)雜得多。機器人控制系統(tǒng)的特點如下:
(1)機器人的控制是與組織運動學(xué)和動力學(xué)密切相關(guān)的。在各種坐標下都可以對機器人手足的狀態(tài)進行描述,應(yīng)根據(jù)具體的需要對參考坐標系進行選擇,并要做適當(dāng)?shù)淖鴺俗儞Q。經(jīng)常需要正向運動學(xué)和反向運動學(xué)的解,除此之外還需要考慮慣性力、外力(包括重力)和向心力的影響。
(2)即使是一個較簡單的機器人,也至少需要3~5個自由度,比較復(fù)雜的機器人則需要十幾個甚至幾十個自由度。每一個自由度一般都包含一個伺服組織,它們必須協(xié)調(diào)起來,組成一個多變量控制系統(tǒng)。
(3)由計算機來實現(xiàn)多個獨立的伺服系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和使機器人按照人的意志行動,甚至賦予機器人一定“智能”的任務(wù)。所以,機器人控制系統(tǒng)一定是一個計算機控制系統(tǒng)。同時,計算機軟件擔(dān)負著艱巨的任務(wù)。
(4)由于描述機器人狀態(tài)和運動的是一個非線性數(shù)學(xué)模型,隨著狀態(tài)的改變和外力的變化,其參數(shù)也隨之變化,并且各變量之間還存在耦合。所以,只使用位置閉環(huán)是不夠的,還必須要采用速度甚至加速度閉環(huán)。系統(tǒng)中經(jīng)常使用重力補償、前饋、解耦或自適應(yīng)控制等方法。
(5)由于機器人的動作往往可以順利獲得不同的方式和路徑來完成,所以存在一個“最優(yōu)”的問題。對于較高級的機器人可采用人工智能的方法,利用計算機建立龐大的信息庫,借助信息庫進行控制、決策、管理和操作。根據(jù)傳感器和模式識別的方法取得對象及環(huán)境的工況,按照給定的指標要求,自動地選擇最佳的控制規(guī)律。綜上所述,機器人的控制系統(tǒng)是一個與運動學(xué)和動力學(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)。因為其具有的特殊性,所以經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都不能照搬使用。到現(xiàn)在為止,機器人控制理論還不夠完整和系統(tǒng)。
工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的主要功能工業(yè)機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動作的時間等項目工業(yè)機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動作的時間等項目的控制是工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的主要任務(wù),其中有些項目的控制是非常復(fù)雜的。
工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的主要功能包括以下兩點:
(1)示教再現(xiàn)功能。示教再現(xiàn)功能是指控制系統(tǒng)可以順利獲得示教盒或手把手進行示教,將動作順序、運動速度、位置等信息用一定的方法預(yù)先教給工業(yè)機器人,由工業(yè)機器人的記憶裝置將所教的操作過程自動地記錄在存儲器中,當(dāng)需要再現(xiàn)操作時,重放存儲器中存儲的內(nèi)容即可。如需更改操作內(nèi)容時,只需重新示教一遍。
(2)運動控制功能。運動控制功能是指對工業(yè)機器人末端操作器的位姿、速度、加速度等項目的控制。
機器人控制系統(tǒng)的組成工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)由相應(yīng)的硬件和軟件組成。硬件主要包括以下幾部分:
1)傳感裝置??煞譃閮?nèi)部傳感器和外部傳感器。其中前者是用來感知其自身的狀態(tài)的,其作用是對工業(yè)機器人各關(guān)節(jié)的位置、速度和加速度等進行檢測;后者是用來感知工作環(huán)境和工作對象狀態(tài)的,外部傳感器包括視覺、力覺、觸覺、聽覺、滑覺等傳感器。
2)控制裝置。一般由一臺微型或小型計算機及相應(yīng)的接口組成。其作用是用來對各種感覺信息進行處理,執(zhí)行控制軟件,并產(chǎn)生控制指令。
3)關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動部分。這部分的主要作用是以控制裝置的指令為依據(jù),按作業(yè)任務(wù)的要求驅(qū)動各關(guān)節(jié)運動。這里所說的軟件,主要是指機器人的控制軟件??刂栖浖蛇\動軌跡規(guī)劃算法和關(guān)節(jié)伺服控制算法及相應(yīng)的動作程序組成。它可以使用所有的編程語言編制,但工業(yè)機器人控制軟件的主流是由通用語言模塊化而編制形成的專用工業(yè)語言。
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