4、工业机器人的控制
工业机器人工作知识点总结
工业机器人工作知识点总结工业机器人是一种能够自动执行工业任务的机器人系统，其主要应用于制造业，以替代人工劳动力，提高生产效率，降低成本。
工业机器人的使用范围非常广泛，涉及到汽车制造、电子设备生产、食品加工、包装和物流等各个领域。
对于工业机器人的使用者来说，了解其工作知识点是非常重要的，可以帮助他们更好地安装、操作、维护和优化机器人系统。
本文将对工业机器人的工作知识点进行总结，包括工作原理、分类、安全、编程、故障排查、维护等方面，希望可以为工业机器人使用者提供一些参考和帮助。
一、工作原理1. 传感器工业机器人通常配备有各种传感器，用于感知周围的环境和检测工作对象的位置、形状、尺寸等信息。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、触觉传感器等。
通过传感器获取的信息可以帮助机器人系统做出实时的动作调整，以适应各种不同的工作情况。
2. 控制系统工业机器人的控制系统通常由一台或多台工控机和编程器组成，用于控制机器人的运动、执行任务和与外部设备的通信。
控制系统的主要功能包括路径规划、动作控制、协作控制等，其性能直接影响到机器人的精度、速度和稳定性。
3. 末端执行器末端执行器是工业机器人的“手”，用于执行各种任务，如抓取、装配、焊接、研磨等。
不同的末端执行器适用于不同的工作任务，可以根据实际需要进行更换和调整。
4. 机器人臂机器人臂是工业机器人的主要机械部件，通常由多个自由度的关节以及连接关节构成。
机器人臂的设计直接影响到机器人的工作范围、精度和适应性。
5. 轨迹规划工业机器人通常需要按照规定的轨迹进行运动和执行任务，轨迹规划是机器人控制系统的关键部分之一。
通过轨迹规划，可以确保机器人在执行任务时能够在规定的时间内完成，并且避免碰撞和冲突。
二、分类工业机器人根据其结构和功能可以分为多种不同的类型，主要包括以下几类：1. 固定式机器人固定式机器人通常安装在固定的工作位置，只能在指定的范围内进行运动和执行任务。
固定式机器人适用于一些重复性的工作任务，如焊接、点胶、搬运等。
工业机器人的工作原理
工业机器人的工作原理工业机器人是指具有自主控制能力、能够完成一定工业操作任务的多关节机械臂装置。
它广泛应用于制造业领域，能够提高生产效率、降低成本、改善劳动条件等。
那么，工业机器人的工作原理是什么呢？1. 传感器系统工业机器人的传感器系统起到接收和感知环境信息的作用。
常见的传感器包括视觉传感器、光电传感器、力传感器等。
视觉传感器可以获取机器人周围的图像信息，以便进行图像处理和目标检测；光电传感器可以检测物体的位置和距离；力传感器可以感知机器人与物体之间的作用力，以实现精确的力控制。
2. 控制系统工业机器人的控制系统是机器人的大脑，负责控制机器人的动作和行为。
它由计算机、控制器和伺服驱动器等组成。
计算机负责计算机器人的轨迹规划、动作控制和决策；控制器将计算机指令转化为机器人能够识别和执行的信号；伺服驱动器根据控制器的指令控制电机的转动，实现机器人的运动。
3. 运动系统工业机器人的运动系统负责控制机器人的运动。
它由多个关节和电机组成，可以通过电机驱动关节的运动，实现机器人的姿态调整和轨迹运动。
不同类型的机器人有不同的运动结构，常见的有SCARA机器人、直交坐标机器人和Delta机器人等。
4. 执行器工业机器人的执行器是用于实际执行任务的工具。
常见的执行器有机械手、夹具和吸盘等。
机械手是最常见的执行器，它可以根据任务需求进行抓取、装配、搬运等操作；夹具可以夹持和固定物体，以实现精确的加工和装配；吸盘可以通过负压吸附物体，用于搬运和组装等任务。
5. 编程系统工业机器人的编程系统用于指导机器人的工作。
常见的编程方式有离线编程和在线编程。
离线编程通过计算机对机器人进行编程，然后将程序上传到机器人控制器中执行；在线编程则需要操作员通过控制器手柄对机器人进行实时操作和编程。
综上所述，工业机器人的工作原理主要涉及传感器系统、控制系统、运动系统、执行器和编程系统等方面。
这些组成部分协同工作，使机器人能够感知环境、进行运动和执行任务。
工业机器人4大控制方法
工业机器人4大控制方法
一、工业机器人的控制方法
工业机器人是一种高度自动化的机械装置，它的发展过程中，机器人的控制方法也不断改进，工业机器人控制方法一般分为四种： 1、外部控制
外部控制指机器人由其他系统或外部设备提供控制信号，来实现机器人的运动控制。
它是机器人控制的最简单的一种方法，但是它的功能受到外部系统的限制，并且运算速度慢。
2、数字控制
数字控制是根据数字信号给出的机器人运动控制系统，是利用微机或数字系统控制机器的运行。
它具有功能灵活、运算速度快、控制精度高的特点，是为数不多的工业机器人控制方法。
3、模拟控制
模拟控制方法是指利用模拟设备的信号给出机器人运动控制系统，它可以实现复杂的运动控制，但是它的精度和速度受模拟信号的限制，不能满足高精度和高速度的要求。
4、智能控制
智能控制是将计算机技术、模式识别技术、智能技术和工业机器人控制技术等有机结合在一起的一种新型机器人控制方法，它具有功能强大、可靠性高、自动性高的特点，有望替代传统控制方法，成为未来工业机器人控制的主流。
二、结论
工业机器人控制方法一般分为外部控制、数字控制、模拟控制和智能控制四种。
在机器人的发展历程中，控制方法的不断优化，以及智能技术的发展，许多新型的控制方法也逐步出现，如智能控制方法等，它们将为下一代工业机器人控制带来无穷的可能性。
工业机器人控制系统的组成
工业机器人控制系统的组成工业机器人控制系统是一个非常重要的组成部分，它由多个组件和模块组成，以实现机器人的运动控制和操作。
以下是工业机器人控制系统的一些主要组成部分：1. 机器人控制器：机器人控制器是整个控制系统的大脑，它是一个专门的计算机，负责处理和执行控制程序，监控机器人的运动和状态。
它通常具有强大的计算能力和实时性。
2. 传感器系统：传感器系统用于获取机器人周围环境的信息，以便机器人能够感知和适应工作环境。
传感器可以包括视觉传感器、力传感器、位置传感器等，用于检测物体的位置、形状、质量以及力和压力等物理性质。
3. 执行机构：执行机构是机器人实际执行动作的部分，它通常包括电动机、液压系统或气动系统。
执行机构将机器人控制器的指令转化为机器人的运动，如旋转、抓取、握持等。
4. 通信网络：通信网络用于连接机器人控制系统的各个组件，以便实现数据的传输和信息的共享。
它可以是有线网络，如以太网，也可以是无线网络，如Wi-Fi或蓝牙。
5. 编程与软件：编程和软件是机器人控制系统的重要组成部分，它们用于编写和执行控制程序，以及监控和调整机器人的运动和行为。
编程可以使用各种编程语言或专门的机器人编程语言。
6. 用户界面：用户界面是机器人控制系统与操作人员交互的界面，它可以是触摸屏、键盘、鼠标等。
用户界面可以提供给操作人员控制机器人的方式，如设置任务、调整参数和监视机器人的运行状态。
7. 安全系统：安全系统是机器人控制系统中不可或缺的一部分，它用于保障机器人的安全运行和操作人员的安全。
安全系统可以包括防护装置、急停按钮、安全传感器等，以便及时检测和处理潜在的危险情况。
工业机器人控制系统的组成部分是相互关联的，通过协同工作来实现对机器人的精确控制和操作。
不同的应用场景和需求可能会有不同的组成部分和配置，但以上提到的组成部分是构成一个完整的工业机器人控制系统所必需的。
工业机器人虚拟仿真实训报告
工业机器人虚拟仿真实训报告工业机器人虚拟仿真实训报告摘要：本报告介绍了工业机器人虚拟仿真实训课程的目标、内容和实施方式。
在这门课程中，学生通过使用虚拟仿真软件来模拟和操作工业机器人，学习机器人的运动规划、路径规划、控制等方面的知识和技能。
通过虚拟仿真实训，学生可以提前获得实际操作中可能遇到的问题，并通过调整参数和优化算法来解决这些问题。
最后，我们对工业机器人虚拟仿真实训的效果进行了评估，并提出了一些建议和改进的方向。
关键词：工业机器人、虚拟仿真、实训、运动规划、路径规划、控制1. 引言工业机器人是现代工业生产中不可或缺的一部分，它可以完成重复性和繁琐的工作，提高生产效率和质量。
然而，由于机器人的复杂性和特殊性，对机器人的操作和控制需要一定的专业知识和技能。
因此，工业机器人虚拟仿真实训课程的开设对于培养具有工业机器人操作和控制技能的学生具有重要意义。
2. 目标工业机器人虚拟仿真实训课程的主要目标包括：(1) 培养学生熟练掌握工业机器人的基本操作和控制技能；(2) 使学生了解工业机器人的运动规划、路径规划和控制等方面的知识；(3) 提高学生的问题解决能力和优化算法设计能力；(4) 培养学生的团队合作和沟通能力。
3. 内容工业机器人虚拟仿真实训课程的内容包括：(1) 工业机器人的基本知识：学生了解工业机器人的分类、结构和工作原理；(2) 工业机器人的运动规划：学生学习工业机器人的运动学和动力学，了解机器人的运动规划方法；(3) 工业机器人的路径规划：学生学习工业机器人的路径规划算法和方法，了解机器人的路径规划过程；(4) 工业机器人的控制：学生学习工业机器人的控制系统和控制方法，掌握机器人的控制技术；(5) 工业机器人的优化：学生通过调整参数和优化算法来解决机器人操作中可能遇到的问题；(6) 团队合作和沟通：学生通过团队实训项目，培养团队合作和沟通能力。
4. 实施方式工业机器人虚拟仿真实训课程的实施方式包括：(1) 虚拟仿真软件的选择：选择一款专业的工业机器人虚拟仿真软件，如RoboDK、Visual Components等；(2) 虚拟实训项目的设计：根据课程目标和内容，设计适合的虚拟实训项目，包括机器人的操作和控制任务；(3) 虚拟实训环境的搭建：利用虚拟仿真软件搭建工业机器人的虚拟实训环境，包括机器人模型、工作台和工件等；(4) 学生的实训操作和实验：学生通过虚拟仿真软件进行机器人的操作和控制实验，完成指定的任务；(5) 实训项目的评估和讨论：根据学生的实训成绩和实训报告，对实训项目进行评估和讨论，总结实训经验和教训。
工业机器人的成本构成与控制策略
工业机器人的成本构成与控制策略工业机器人是一个高度自动化的设备，它在制造业中扮演着重要的角色。
然而，机器人的成本构成和控制策略对于企业来说是一个重要的考量因素。
本文将探讨工业机器人的成本构成以及相应的控制策略。
一、机器人的成本构成工业机器人的成本构成非常复杂，包括以下几个方面：1. 硬件成本：硬件成本是机器人的基本成本部分，包括机器人本体、传感器、执行器、控制系统等。
这些硬件组成了机器人的主体结构，并且直接影响到机器人的性能和功能。
2. 软件成本：软件成本是机器人的关键组成部分，包括操作系统、编程接口、控制算法等。
这些软件是机器人实现各种功能的核心，也是机器人自主学习和适应环境的基础。
3. 安全成本：工业机器人的安全成本非常重要，包括安全控制系统、应急停车装置、防护装置等。
由于机器人在生产过程中与人类直接接触，因此必须具备一定的安全措施，确保人员的身体安全。
4. 培训成本：机器人的使用需要专业技术人员进行操作和维护，因此企业需要提供培训费用，以确保员工具备相关技能。
5. 运维成本：机器人的运维成本包括维护费用、备件更换费用、能源消耗费用等。
机器人需要定期维护和保养，同时还需要考虑到能源的有效利用和成本控制。
二、机器人成本的控制策略为了降低工业机器人的成本，企业可以采取以下几种控制策略：1. 技术创新：通过技术创新，研发出更加高效、节能的工业机器人，提高机器人的性能和功能，从而降低成本。
2. 采购策略：合理选择供应商，进行谈判和竞标，争取更加有利的采购条件，从而降低机器人的硬件成本。
3. 软件优化：不断改进机器人的操作系统和控制算法，提高机器人的智能化水平，从而提高机器人的工作效率和生产能力。
4. 人力管理：确保员工具备相关技能和经验，减少培训成本；同时合理安排维护和保养工作，减少运维成本。
5. 能源管理：优化机器人的能源消耗，采用节能措施，降低能源消耗费用。
6. 建立合理的预算和成本管理机制，及时掌握机器人的运行情况，从而及时调整和控制机器人的成本。
工业机器人操作指南
工业机器人操作指南一、机器人操作前准备1.工作环境确认：确保工作环境干燥、通风良好，没有明显的震动和噪音干扰，并保持清洁，以防止机器人受到尘埃和杂物的干扰。
2.系统电源准备：检查机器人的电源是否正常接入，并确保电源电压符合要求。
3.资源准备：检查所需的工具、备用零件和其他必要的资源是否在就位，以便在需要时能够迅速进行维护和更换。
4.安全措施：确保机器人周围的安全装置和防护设施完好无损，并提醒操作人员遵守相关的安全操作规程。
二、机器人的基本操作1.开机与关机：按照操作手册的指示，正确地开启和关闭机器人，以确保其正常运行和安全停机。
2.控制模式切换：根据需要，切换机器人的自动模式、手动模式或示教模式，以满足不同的工作要求。
3.应急停止：掌握机器人的应急停止按钮的位置和使用方法，以应对突发情况。
4.示教操作：使用机器人的示教装置，根据工艺要求输入或记录轨迹和操作动作，以便机器人能够按照预定的路径和动作进行工作。
5.程序运行：按照设定好的程序，启动机器人的自动运行，确保执行过程中没有异常情况发生。
6.运动控制：掌握机器人运动控制的方法，包括轴控制和坐标系控制，以便对机器人的运动进行精确控制。
7.状态监控：时刻关注机器人的状态显示，包括工作状态、报警信息和运行参数，以便及时发现并解决问题。
三、机器人的安全操作1.安全区域设置：确定机器人的安全区域，并采取相应的措施，包括设立栅栏、安装光幕或设置软件限制区域，以保护周围的人员和设备免受机器人的伤害。
2.急停按钮：了解机器人的急停按钮的位置和使用方法，并随时准备按下急停按钮，以应对紧急情况。
3.人机合作：在进行人机合作操作时，确保与机器人的接触安全和可靠，避免受伤。
4.操作规范：操作人员应严格遵守机器人的操作规程和安全操作指南，避免任何不正确的操作和违反规定的行为。
四、机器人的日常维护1.清洁保养：定期清洁机器人的表面和关键部件，移除尘埃和杂物，保持机器人的良好工作状态。
工业机器人的技术指标和应用
工业机器人的技术指标和应用工业机器人是一种能够自动执行各种任务的机器人系统，它主要应用于生产线上的各个环节。
工业机器人的技术指标和应用十分丰富多样，下面将对其进行详细介绍。
一、技术指标1. 负载能力：工业机器人的负载能力是指机器人能够承受的最大重量。
根据不同的应用需求，工业机器人的负载能力有所不同，一般可分为轻型、中型和重型三个等级。
2. 动作自由度：工业机器人的动作自由度是指机器人能够自由运动的维度数量。
通常情况下，工业机器人的动作自由度为6个，即可在三维空间内进行平移和旋转运动。
3. 重复定位精度：工业机器人的重复定位精度是指机器人在重复执行同一任务时，所能达到的精确度。
该指标对于生产线上的装配任务尤为重要，一般要求在毫米级别的精度范围内。
4. 控制系统：工业机器人的控制系统是指机器人的核心控制单元，用于控制机器人的运动和执行任务。
常见的控制系统有基于PC的控制系统和专用控制器，它们具有高度的实时性和可编程性。
5. 传感器技术：工业机器人常配备各种传感器，用于感知环境和与外部物体进行交互。
常见的传感器包括视觉传感器、力传感器、激光传感器等，它们能够使机器人更加智能化和灵活。
6. 安全技术：工业机器人的安全技术是保障生产线安全的重要手段。
包括紧急停止装置、防撞装置、安全光幕等，能够保护操作人员和机器人在工作过程中的安全。
二、应用领域1. 组装与装配：工业机器人在组装与装配领域有着广泛的应用。
通过精确的位置控制和高度灵活的操作能力，机器人可以完成各种零部件的组装和装配工作，提高生产效率和质量。
2. 上下料：工业机器人在上下料领域也有着重要的应用。
机器人可以通过视觉传感器和力传感器等技术，实现对物料的精确定位和抓取，实现自动化的上下料操作，提高生产线的效率和稳定性。
3. 焊接与切割：工业机器人在焊接与切割领域能够发挥独特的优势。
机器人具备高度的精确度和稳定性，可以实现复杂曲线的焊接和切割操作，提高生产线的自动化水平和生产质量。
工业机器人的常用控制方法
工业机器人的常用控制方法1.点位控制（P点控制）：点位控制是指工业机器人按照特定的坐标点来实现移动和定位。
通过设定机器人末端执行器的坐标位置，控制机器人按照预定的路径和速度进行运动，从而完成特定的工作任务。
这种方法适用于需要定点装配、螺栓拧紧等操作。
2.路径控制（P-L控制）：路径控制是指控制机器人按照预定的路径进行运动。
通过设定机器人末端执行器沿着规定的轨迹进行运动，控制机器人的速度、加速度和方向，从而实现复杂的操作任务，如焊接、喷涂等。
3.力/力矩控制（F/T控制）：力/力矩控制是指通过工业机器人末端执行器上的力/力矩传感器测量和控制机器人对物体的力和力矩。
通过测量末端执行器施加的力和力矩，并根据设定的控制策略，控制机器人的力和位置，以适应不同工件的要求。
这种方法适用于需要完成精密装配、操作敏感物体等任务。
4.视觉导引控制：视觉导引控制是指通过摄像机等视觉传感器获取工作环境的信息，并将这些信息输入到控制系统中。
通过图像处理和模式匹配等算法，控制机器人末端执行器的运动和操作，从而实现精确的视觉引导和检测。
这种方法适用于需要进行精确定位、识别和检测的任务，如物体搬运、自动装配等。
5.轨迹规划和插补控制：轨迹规划和插补控制是指通过规划机器人末端执行器的运动轨迹和插补点，实现工业机器人的运动和操作。
通过控制机器人的速度、加速度和运动方向，确保机器人的运动平滑和准确。
这种方法适用于需要复杂路径和运动规划的操作，如铣削、抛光等。
6.无线遥控：无线遥控是指通过无线通信技术，将操作指令传输到工业机器人控制系统，实现对机器人的遥控和操作。
操作人员可以通过操纵杆、手柄等设备，远程操控机器人进行各种操作。
这种方法适用于需要在远离机器人的位置进行操作的场合，如危险环境、高温环境等。
除了以上常用的控制方法外，工业机器人还可以通过其他技术和方法进行控制，如自适应控制、学习控制、力控制等。
这些控制方法的选择取决于具体的应用需求和操作要求，能够提高机器人的操作效率、准确性和安全性，实现自动化生产的目标。
工业机器人原理
工业机器人原理
工业机器人是一种自动化设备，通过程序控制来执行各种生产任务。
其原理主要基于以下几个方面：
1. 传感器技术：工业机器人通常装备了各种传感器，如视觉传感器、力传感器和位置传感器等。
通过这些传感器，机器人可以感知和理解周围环境，获取相关信息。
2. 运动控制系统：工业机器人的运动由运动控制系统控制。
该系统包括电机、减速器、编码器和控制算法等。
通过准确的定位和控制，机器人可以实现高精度和稳定的运动。
3. 编程控制：机器人的任务由预先编写的程序控制。
这些程序可以使用专门的编程语言编写，也可以通过图形化界面进行指令设置。
编程控制使机器人能够执行各种复杂的操作和任务。
4. 机械结构设计：工业机器人的机械结构设计非常重要，直接影响到其运动和操作能力。
机器人通常由关节和链式结构组成，通过这些结构可以使机器人实现多自由度的运动，灵活地适应各种操作环境。
5. 协作与安全技术：随着工业机器人在生产中的广泛应用，协作与安全技术变得越来越重要。
这些技术包括人机协作、安全感知和安全控制等，旨在保护人员免受机器人工作时的潜在风险。
工业机器人原理的研究和发展不断推动着工业自动化的进步。
随着技术的不断革新和突破，工业机器人在各个领域中扮演着越来越重要的角色，为生产带来高效率和高质量。
工业机器人的控制系统
工业机器人的控制系统工业机器人是指被广泛应用于生产线上完成重复性、繁琐、危险或高精度等工作的机器人。
它们可以根据预定程序执行动作，进行各种操作，如装配、焊接、喷涂、搬运等。
其中，控制系统是工业机器人的核心部分，对于机器人的精度、稳定性、工作效率等方面具有重要的影响。
一、工业机器人的控制系统组成工业机器人的控制系统由硬件和软件两部分组成。
硬件部分主要包括机器人主体、传感器、执行器、控制器等，而软件部分则负责控制机器人的运动、执行任务、通信和监控等。
1.机器人主体机器人主体是机器人操作的基础，包括轴系、驱动电机、关节等。
在机器人主体上安装了传感器、执行器等元件，它们之间组成了机器人的运动系统和操作系统。
2.传感器传感器在机器人运行过程中起重要作用，它们能够监测机器人的环境和状态，并将这些信息传递回来，以帮助机器人做出更精准、稳定的运动。
一般来说，机器人的传感器包括视觉传感器、力传感器、位置传感器、激光雷达等。
3.执行器执行器是机器人操作的关键元件，它们负责执行任务，完成机器人的各种动作。
通常，机器人的执行器包括电动机、气动元件、液压元件等。
4.控制器控制器是机器人控制、执行任务的中心，其控制能力决定了机器人的运动精度和稳定性等方面的表现。
目前，工业机器人的控制器主要分为离线控制器和在线控制器两种。
二、工业机器人的控制系统原理工业机器人的控制系统实现的原理主要是通过运动控制和任务控制两个部分。
运动控制主要利用在机器人主体上安装的运动控制卡来控制机器人的运动轨迹和速度，而任务控制则通过编程来实现机器人的各种操作任务。
1.运动控制机器人的运动通过各轴的精确控制来实现，控制精度越高，机器人的运动轨迹也就越精确。
因此，运动控制系统是机器人控制系统中最关键的部分之一。
运动控制系统一般由运动控制卡、运动控制软件和伺服驱动器等组成。
其中，运动控制卡接收主控制器发送的命令，通过软件来实现各轴的控制和数据交换。
伺服驱动器将信号转化为电动机的运动，以实现机器人的运动。
工业机器人的控制系统
多关节位置控制是指考虑各关节之间的相互影响而对每一个关节分别设计的控制器。 但是若多个关节同时运动，则各个运动关节之间的力或力矩会产生相互作用，因而又不 能运用单个关节的位置控制原理。要克服这种多关节之间的相互作用，必须添加补偿， 即在多关节控制器中，机器人的机械惯性影响常常被作为前馈项考虑。
（6） 打印机接口。打印机接口用于打印记录需要输出的各种信息。 （7） 传感器接口。传感器接口用于信息的自动检测，实现机器人的柔顺 控制等。一般为力觉、触觉和视觉传感器。
（8） 轴控制器。用于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。用于控制机器人的各种辅助设备，如手爪变位器等。 （10） 通信接口。用于实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接 口、并行接口等。
总之，工业机器人控制系统是一个与运动学和动力学密切相关的、 紧耦合的、非线性的多变量控制系统。
4.1.2 工业机器人控制系统的功能
(1)示教-再现功能。机器人控制系统可实现离线编程、在线示教及间接示教等 功能，在线示教又包括通过示教器进行示教和导引示教两种情况。在示教过程中， 可存储作业顺序、运动方式、运动路径和速度及与生产工艺有关的信息。在再现过 程中，能控制机器人按照示教的加工信息自动执行特定的作业。
4.1.4 工业机器人控制系统的组成
工业机器人控制系统的组成，主要包括： （1） 控制计算机。它是控制系统的调度指挥机构，一般为微型机和可 编程逻辑控制器（PLC）。 （2） 示教编程器。示教机器人的工作轨迹、参数设定和所有人机交互 操作拥有自己独立的CPU及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现 信息交互。 （3） 操作面板。操作面板由各种操作按键和状态指示灯构成，能够完 成基本功能操作。 （4） 磁盘存储。存储工作程序中的各种信息数据。 （5） 数字量和模拟量输入/输出。数字量和模拟量输入/输出是指各种状 态和控制命令的输入或输出。
4、工业机器人的控制
对需要控制连续轨迹的喷漆、电弧焊等工业机器人进行连续轨迹 控制的示教时, 示教操作一旦开始, 就不能中途停止, 必须不中断地进行 到完, 且在示教途中很难进行局部修正。
示教方式中经常会遇到一些数据的编辑问题, 其编辑机能有如 图5.1所示的几种方法。
在图中, 要连接A与B两点时, 可以这样来做: (a) 直接连接; (b) 先在A与B之间指定一点x, 然后用圆弧连接; (c) 用指定半径的圆 弧连接; (d) 用平行移动的方式连接。在CP(连续轨迹控制方式)控
它们必须协调起来, 组成一个多变量控制系统。 (3) 把多个独立的伺服系统有机地协调起来, 使其按照人的意志行动,
甚至赋予机器人一定的“智能”, 这个任务只能由计算机来完成。 因此, 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。
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(4) 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
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2) 示教盒示教编程方式是人工利用示教盒上所具有的各种功能的按钮来 驱动工业机器人的各关节轴, 按作业所需要的顺序单轴运动或多关节协调 运动, 从而完成位置和功能的示教编程。 示教盒通常是一个带有微处理器的、可随意移动的小键盘, 内部 ROM中固化有键盘扫描和分析程序。其功能键一般具有回零、示教方式、 自动方式和参数方式等。 示教编程控制由于其编程方便、装置简单等优点,在工业机器人的 初期得到较多的应用。同时, 又由于其编程精度不高、 程序修改困难、 示教人员要熟练等缺点的限制,促使人们又开发了许多新的控制方式和
4.3 工业机器人的控制方式
4.3.1 点位控制方式(PTP)
这种控制方式的特点是只控制工业机器人末端执行器在作业空间中某 些规定的离散点上的位姿。控制时只要求工业机器人快速、 准确地实现相 邻各点之间的运动,而对达到目标点的运动轨迹则不作任何规定。这种控制 方式的主要技术指标是定位精度和运动所需的时间。由于其控制方式易于 实现、定位精度要求不高的特点, 因而常被应用在上下料、搬运、点焊和 在电路板上安插元件等只要求目标点处保持末端执行器位姿准确的作业中。
工业机器人控制策略
工业机器人控制策略探讨1. 刖吞工业机器人（机械手）是一个十分复杂的多输入多输出非线性系统，它具有时变、强耦合和非线性的动力学特征，因此带来了控制的复杂性。
由于测量和建模的不精确，再加上负载的变化以及外部扰动等不确定性的影响，难以建立工业机器人精确、完整的运动模型。
现代工业的快速发展需要高品质的工业机器人为之服务，而高品质的机器人控制必须综合考虑各种不确定T生因素的影响，因此针对工业机器人的非线性和不确定性的控制策略成为了工业机器人研究的重点和难点。
2. 工业机器人的控制策略针对工业机器人的多变量、非线性、强耦合以及不确定性，目前采用或正在大力研究的主要有如下几种控制策略：2.1变结构控制20世纪60年代，前苏联学者提出了变结构控制。
20世纪70年代以来，变结构控制经过控制学者的传播和研究工作，经历40多年来的发展，在国际范围内得到广泛的重视，形成了一门相对独立的控制研究分支。
变结构控制方法对于系统参数的时变规律、非线，性程度以及外界干扰等不需要精确的数学模型，只要知道它们的变化范围，就能对系统进行精确的轨迹跟踪控制。
变结构控制方法设计过程本身就是解耦过程，因此在多输入多输出系统中，多个控制器设计可按各自独立系统进行，其参数选择也不是十分严格。
滑模变结构控制系统快速性好，无超调，计算量小，实时，性强。
变结构控制本身的不连续性以及控制器频繁的切换动作有可能造成跟踪误差在零点附近产生抖动现象，而不能收敛于零，这种抖动轻则会引起执行部件的机械磨损，重则会激励未建模的高频动态响应一特别是考虑到连杆柔性的时候，容易使控制失效。
2.2自适应控制控制器参数的自动调节首先于20世纪40年代末被提出来讨论，同时自适应控制的名称首先用来定义控制器对过程的静态和动态参数的调节能力。
自适应控制的方法就是在运行过程中不断测量受控对象的特性，根据测得的特征信息使控制系统按最新的特性实现闭环最优控制。
自适应控制能认识环境的变化，并能自动改变控制器的参数和结构，自动调整控制作用，以保证系统达到满意的控制品质。
工业机器人技术基础及其应用没章思考题练习题参考答案
《工业机器人技术基础及其应用》（戴凤智，乔栋主编）的每章思考与练习题及其参考答案第1章工业机器人概述1.机器人系统由哪四部分组成？答：（教材第2页）机器人系统由以下四部分组成：机械系统、驱动系统、控制系统和感知系统。
2.工业机器人有哪些基本特点？答：（教材第3页）工业机器人主要有以下三个基本特点：可编程、拟人化、通用性。
3.工业机器人的传感部分有哪些子系统组成？答：（教材第12页）机器人的传感部分相当于人类的五官，机器人可以通过传感部分来感觉自身和外部环境状况，帮助机器人工作更加精确。
工业机器人的传感部分主要分为两个子系统：感受（传感）系统、机器人与环境交互系统。
4.工业机器人的机械部分有哪些子系统组成？答：（教材第11页）机械部分是机器人的硬件组成，也称为机器人的本体。
工业机器人的机械部分主要分为两个子系统：驱动系统、机械结构系统。
5.工业机器人的控制部分有哪些子系统组成？答：（教材第11页）控制部分相当于机器人的大脑，可以直接或者通过人工对机器人的动作进行控制。
工业机器人的控制部分分为两个子系统：人机交互系统、控制系统。
6.工业机器人一般有哪些主要技术指标？答：（教材第12页）工业机器人的技术指标是机器人生产厂商在产品供货时所提供的技术数据，反映了机器人的适用范围和工作性能，是选择机器人时必须考虑的问题。
工业机器人的主要技术指标一般包括：自由度、工作精度、工作范围、额定负载、最大工作速度等。
7.工业机器人是如何进行分类的？答：（教材第14页）工业机器人的分类方法有很多，本书主要介绍了以下三种分类方法。
（1）按机械结构可以分为串联机器人和并联机器人。
（2）按机器人的机构特性可以分为直角坐标机器人、柱面坐标机器人、球面坐标机器人、多关节坐标机器人。
（3）按程序输入方式可以分为编程输入型机器人、示教输入型机器人。
第2章工业机器人的机械结构系统和驱动系统1.工业机器人的机械系统有哪三部分组成？答：（教材第22页）工业机器人的机械系统由手部、手臂、基座三部分组成。
工业机器人的控制系统的分类
工业机器人的控制系统的分类
1 工业机器人的控制系统分类
工业机器人作为一种先进的技术已广泛应用于各行各业领域，其
控制系统是工业机器人技术实现的重要基础。
根据不同的控制系统实
现原理和控制特性，工业机器人控制系统可以分为电脑控制系统、特
殊芯片控制系统、数字控制系统和模块化控制系统。
1.1 电脑控制系统
电脑控制系统是工业机器人最常用的控制系统，该系统通常是一
台电脑，通过从机器人的传感器获取的数据，利用编程语言，向机器
人提供控制信号。
这种控制系统具有优良的功能和可拓展性，但是其
系统构建和调试复杂，技术成本较高。
1.2 特殊芯片控制系统
特殊芯片控制系统是指采用定制的芯片做为控制器进行控制，其
特点是系统构建和调试简单，技术门槛低，但是灵活性和扩展性降低，应用范围有限。
1.3 数字控制系统
数字控制系统是指以数字的方式来控制机器人，系统将通过一次
学习获得的信息以数字化形式存储下来，并通过CPU进行操作，从而
达到控制机器人的目的。
该控制系统具有灵活性和可拓展性，但是系
统稳定性会有所下降。
1.4 模块化控制系统
模块化控制系统是将工业机器人控制系统按功能分解成各个模块，并用专用模块自动化系统芯片来实现控制，有效提高控制系统的可靠
性和稳定性。
该系统的特点是易学、易用、稳定，具有较高的市场可
接受度。
以上就是工业机器人控制系统的四类分类，不同的控制系统各有
其优点和缺点，用户在进行选择时需要根据实际情况对系统性能指标
进行权衡，以便选择最适合自己使用的控制系统。
工业机器人的感知与智能控制技术研究
工业机器人的感知与智能控制技术研究随着工业自动化的发展，工业机器人在制造业中扮演着越来越重要的角色。
为了提高工业机器人的效率和灵活性，深入研究和应用感知与智能控制技术是非常关键的。
本文将介绍工业机器人的感知技术和智能控制技术的研究进展、挑战以及未来发展方向。
一、工业机器人的感知技术工业机器人的感知技术是指机器人通过传感器获取关于环境和任务的信息，并将这些信息用于判断和决策。
感知技术主要包括视觉感知、力觉感知和语音感知。
1. 视觉感知技术视觉感知技术是工业机器人中最常用的感知技术之一。
它利用摄像头和图像处理算法，使机器人能够感知和分析周围环境中的视觉信息。
通过视觉感知，工业机器人可以实现物体的识别、定位和跟踪等任务。
当前的研究重点是提高视觉感知的准确性和实时性，以便机器人能够更好地适应复杂的工业环境。
2. 力觉感知技术力觉感知技术是工业机器人中用于检测和测量外部力和力矩的重要技术。
通过搭载力传感器，机器人可以感知物体的质量、形状和表面粗糙度等信息。
力觉感知技术使机器人能够实现柔性抓取、装配和力控操作等任务。
当前的研究重点是提高力觉感知的灵敏度和精度，以便机器人能够更加精确地感知和处理外部力信息。
3. 语音感知技术语音感知技术是工业机器人中用于语音交互的重要技术。
通过语音传感器和语音识别算法，机器人可以感知和识别人类的语音指令。
语音感知技术使工业机器人能够与操作人员进行语音交互，实现更加智能化和人性化的操作。
当前的研究重点是提高语音感知的准确性和语音交互的自然性，以便机器人能够更好地理解和执行人类的语音指令。
二、工业机器人的智能控制技术工业机器人的智能控制技术是指机器人通过学习和推理实现自主决策和行为的能力。
智能控制技术主要包括机器学习、路径规划和决策制定等。
1. 机器学习机器学习是工业机器人中常用的智能控制技术之一。
它利用大量的数据和算法训练机器人，使其能够通过模式识别和数据分析提升决策能力和自主学习能力。
工业机器人的安全控制
工业机器人的安全控制工业机器人在现代生产中起到了至关重要的作用，能够完成许多繁重、危险或重复性高的任务。
然而，由于其高速、高负荷和复杂性，工业机器人的安全控制至关重要，以确保操作人员和设备的安全。
本文将探讨工业机器人的安全控制方法和措施。
1. 监控系统监控系统是工业机器人安全控制的基础。
通过使用传感器、监控设备和相应的软件，可以实时监测机器人的运动、位置和速度等参数。
一旦检测到异常或危险情况，监控系统将立即采取措施，如触发紧急停机或发送警报信号。
2. 防护设备为了保护操作人员免受机器人运动的伤害，需要使用防护设备。
这些设备包括安全围栏、光幕、安全门和防护罩等。
安全围栏可以将机器人与操作人员隔离开来，确保操作人员不会意外接触到机器人。
光幕可以探测到操作人员的存在并立即停止机器人的运动。
3. 紧急停止装置紧急停止装置是工业机器人安全控制系统中的重要组成部分。
操作人员可通过按下紧急停止按钮来迅速停止机器人的运动。
紧急停止装置通常放置在操作人员容易接触到的位置，以确保能够在紧急情况下快速停止机器人。
4. 软件安全控制除了硬件设备外，软件安全控制也是确保工业机器人安全操作的重要因素。
通过编程和控制算法，可以实现对机器人运动的精确控制和监测。
例如，可以设置机器人的工作区域和速度限制，以避免与操作人员或其他设备发生碰撞。
此外，还可以对机器人进行故障检测和诊断，及时排除潜在的安全隐患。
5. 培训和指导为了提高操作人员对工业机器人安全控制的认识和理解，必须进行相关的培训和指导。
操作人员应了解机器人的工作原理、安全规定和应急响应措施等。
培训内容可以包括机器人的基本知识、操作技巧和事故处理等方面。
6. 安全评估与改进工业机器人的安全控制是一个持续改进的过程。
定期进行安全评估，发现安全隐患并采取相应的措施进行改进。
同时，及时跟踪和应用相关的技术和法规更新，以确保工业机器人安全控制符合最新的标准和要求。
综上所述，工业机器人的安全控制是保障生产安全的重要环节。
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1. 示教再现功能
2. 运动控制功能
4.2.1 示教再现控制 1. 示教及记忆方式 1) 示教的方式 示教的方式总的可分为集中示教方式和分离示教方式。 集中示教方式就是指同时对位置、速度、操作顺序等进行 的示教方式。 分离示教方式是指在示教位置之后, 再一边动作, 一边分别示教位置、 速度、 操作顺序等的示教方式。 当对PTP(点位控制方式)控制的工业机器人示教时, 可以分 步编制程序,且能进行编辑、修改等工作。但是在作曲线运动而 且位置精度要求较高时 ,示教点数一多 ,示教时间就会拉长 , 且 在每一个示教点都要停止和启动, 因而很难进行速度的控制。
图 5.3 点位控制与连续轨迹控制 (a) 点位控制； (b) 连续轨迹控制
4.3.3 力(力矩)控制方式 在完成装配、 抓放物体等工作时, 除要准确定位之外, 还要求使用适度的力或力矩进行工作 , 这时就要利用力 (力 矩)伺服方式。 这种方式的控制原理与位置伺服控制原理基 本相同,只不过输入量和反馈量不是位置信号, 而是力(力矩) 信号, 因此系统中必须有力(力矩)传感器。 有时也利用接近、 滑动等传感功能进行自适应式控制。
P=ω l· TL
该式为电气功率与机械功率的重要关系式, 并且是以 SI表示的。但是,通常情况下, 转速的单位用r/min, 力矩的单 位用kg· m, 当采用这种单位时, 式(5.1)就变成了
P=1.026ωl· TL
(5.2)
图 5.5 电动机控制系统的构成
机器人的位置控制
由于机器人系统具有高度非线性，且机械结构很复杂，因 此在研究其动态模型时，做如下假设： （1）机器人各连杆是理想刚体，所有关节都是理想的，不存在 摩擦和间隙； （2）相邻两连杆间只有一个自由度，或为旋转、或为平移。
图 5.1 示教数据的编辑机能
图 5.2CP控制示教举例
2) 记忆的方式 工业机器人的记忆方式随着示教方式的不同而不同。又由 于记忆内容的不同, 故其所用的记忆装置也不完全相同。通常, 工业机器人操作过程的复杂程序取决于记忆装置的容量。容量 越大, 其记忆的点数就越多, 操作的动作就越多, 工作任务就 越复杂。 最初工业机器人使用的记忆装置大部分是磁鼓, 随着科学 技术的发展, 慢慢地出现了磁线、磁芯等记忆装置。现在, 计 算机技术的发展带来了半导体记忆装置的出现 , 尤其是集成化 程度高、容量大、高度可靠的随机存取存储器 (RAM)和可 编程只读存储器 (EPROM)等半导体的出现 , 使工业机器人的记 忆容量大大增加 , 特别适合于复杂程度高的操作过程的记忆 , 并且其记忆容量可达无限。
2. 示教编程方式
1) 手把手示教编程 手把手示教编程方式主要用于喷漆、弧焊等要求实现连续 轨迹控制的工业机器人示教编程中。具体的方法是人工利用示 教手柄引导末端执行器经过所要求的位置,同时由传感器检测 出工业机器人各关节处的坐标值,并由控制系统记录、存储下 这些数据信息。实际工作当中, 工业机器人的控制系统重复再 现示教过的轨迹和操作技能。
由计算机来完成。 因此, 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。
(4) 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, 各变量之间 还存在耦合。因此, 仅仅利用位置闭环是不够的,还要利用速度 甚至加速度闭环。系统中经常使用重力补偿、前馈、解耦或自 适应控制等方法。
3. 机器人电动机的变换器 对于直流电动机, 变换器首先将其电压和电流控制到希望
的数值 ; 对于交流电动机 , 电力变换器首先将其电压、 电流
和频率控制到希望的数值, 然后对电动机的速度进行控制, 进 而对电动机的位置进行控制。 图5.4所示为电动机的种类。
图 5.4Байду номын сангаас电动机的种类
表 5.2 概括了在电动机控制中采用的电力变换器的分类和 主要用途。除了电车和蓄电池叉动起重车等一些特殊应用外 ,
因此, 其控制系统与普通的控制系统相比要复杂得多,具体如 下: (1) 机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。 机 器人手足的状态可以在各种坐标下进行描述,应当根据需要选
择不同的参考坐标系, 并做适当的坐标变换。经常要求正向运
动学和反向运动学的解, 除此之外还要考虑惯性力、 外力(包 括重力)、哥氏力及向心力的影响。
时, 电动机的速度最快。它们的比值大体上是 1∶10, 有时可
以达到1∶100。 此外, 从电动机的输出功率考虑 , 多数为十 瓦(W)到数千瓦(kW)的电动机。本节只考虑小型电动机的分类。
2. 电动机的选用
电动机根据输出形式分,可以分为旋转型和直线型(如果根 据采用的电源分类, 则如表5.2所列)。当考虑电动机在机器人 中的应用时, 应主要关注电动机的如下基本性能: (1) 能实现启动、停止、连续的正反转运行, 且具有良好 的响应特性。 (2) 正转与反转时的特性相同, 且运行特性稳定。 (3) 维修容易, 而且不用保养。 (4) 具有良好的抗干扰能力, 且相对于输出来说, 体积小, 重 量轻。
4、工业机器人控制
4.1 工业机器人控制系统的特点
4.2 工业机器人控制系统的主要功能
4.3 工业机器人的控制方式
4.4 电动机的控制
4.5 机械系统的控制
4.1 工业机器人控制系统的特点
机器人的结构是一个空间开链机构, 其各个关节的运动是
独立的, 为了实现末端点的运动轨迹, 需要多关节的运动协调。
(2) 一个简单的机器人至少要有 3 ～ 5 个自由度 , 比较复
杂的机器人有十几个甚至几十个自由度。 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。 (3) 把多个独立的伺服系统有机地协调起来, 使其按照人 的意志行动, 甚至赋予机器人一定的“智能”, 这个任务只能
关节运动伺服指令的生成 , 即指将末端执行器在工作空间的位 置和姿态的运动转化为由关节变量表示的时间序列或表示为关 节变量随时间变化的函数。这一步一般可离线完成。第二步是 关节运动的伺服控制 , 即跟踪执行第一步所生成的关节变量伺 服指令。 这一步是在线完成的。
2、主要控制变量 任务轴R0：描述工件位置的坐标系 X(t):末端执行器状态； θ(t):关节变量； C(t)：关节力矩矢量； T(t)：电机力矩矢量； V(t)：电机电压矢量 本质是对下列双向方程的控制：
4.4.1 电动机的控制 1. 机器人中电动机的控制特征 电动机的种类各种各样 , 根据各自的特点 , 工业界早就
在家电、玩具、办公仪器设备、测量仪器甚至电气铁路这样
一些广泛的领域内制定了各种不同的使用方法。在这些应用 中, 机器人中的电动机有其自身的特点。
表5.1列出了机床和机器人电动机在用途上的对比情况。 用于生产线上的机器人,主要承担着零件供应、装配和搬运等 工作, 其控制目的是位置控制。因为机器人的动作基本上是腕 部的运动, 所以对电动机来说,主要是惯性负载, 并且还存在 有重力负载。有负载运动时, 电动机的速度最慢;无负载运动
(5) 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“最优”的问题。 较高级的机器人可以用人工智 能的方法,用计算机建立起庞大的信息库, 借助信息库进行控制、 决策、管理和操作。 根据传感器和模式识别的方法获得对象及 环境的工况, 按照给定的指标要求, 自动地选择最佳的控制规律。
4.2 工业机器人控制系统的主要功能
一般来说 , 不用电池和蓄电池作为直流电源 , 而是采用对商用
的交流电进行整流后得到的直流电。 把交流电变换成直流电 的过程, 称为顺变换, 这里采用的电力变换器, 称为整流电路。 一般来说 , 由于交流方面的正弦波形畸变会引起电压的变动和 感应干扰, 因此应采取措施, 设法保持输入电流波形的正弦波
4.2.2 工业机器人的运动控制
工业机器人的运动控制是指工业机器人的末端执行器从一 点移动到另一点的过程中, 对其位置、速度和加速度的控制。 由于工业机器人末端操作器的位置和姿态是由各关节的运动引 起的,因此,对其运动控制实际上是通过控制关节运动实现的。
工业机器人关节运动控制一般可分为两步进行。第一步是
的定位精度是相当困难的。
4.3.2 连续轨迹控制方式(CP) 这种控制方式的特点是连续地控制工业机器人末端执行器
在作业空间中的位姿, 要求其严格按照预定的轨迹和速度在一
定的精度范围内运动, 而且速度可控, 轨迹光滑， 运动平稳, 以完成作业任务。工业机器人各关节连续、同步地进行相应的 运动, 其末端执行器即可形成连续的轨迹。这种控制方式的主 要技术指标是工业机器人末端执行器位姿的轨迹跟踪精度及平 稳性。通常弧焊、喷漆、去毛边和检测作业机器人都采用这种 控制方式。
4.3.4 智能控制方式 机器人的智能控制是通过传感器获得周围环境的知识 ,
并根据自身内部的知识库作出相应的决策。 采用智能控制技
术 , 使机器人具有了较强的环境适应性及自学习能力。智能 控制技术的发展有赖于近年来人工神经网络、基因算法、遗
传算法、专家系统等人工智能的迅速发展。
4.4 电动机的控制
V(t ) T(t ) C(t ) (t ) X(t )
4.3 工业机器人的控制方式
4.3.1 点位控制方式(PTP)
这种控制方式的特点是只控制工业机器人末端执行器在作
业空间中某些规定的离散点上的位姿。控制时只要求工业机器 人快速、 准确地实现相邻各点之间的运动 ,而对达到目标点的 运动轨迹则不作任何规定。这种控制方式的主要技术指标是定 位精度和运动所需的时间。由于其控制方式易于实现、定位精 度要求不高的特点, 因而常被应用在上下料、搬运、点焊和在 电路板上安插元件等只要求目标点处保持末端执行器位姿准确 的作业中。一般来说, 这种方式比较简单, 但是, 要达到2～3μ m
手把手示教编程也能实现点位控制 , 与 CP 控制不同的是 , 它只记录各轨迹程序移动的两端点位置, 轨迹的运动速度则按 各轨迹程序段对应的功能数据输入。