机器人控制基础与系统特点

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机器人控制系统的设计与实现

机器人控制系统的设计与实现在现代科技的发展下，机器人已经成为工业生产和日常生活中不可或缺的一部分。

为了更好地控制机器人的运动和操作，人们需要设计和实现一个高效可靠的机器人控制系统。

本文将介绍机器人控制系统的基本原理、设计步骤以及系统组成。

一、机器人控制系统的基本原理机器人控制系统的基本原理是通过输入控制指令，经过数据处理和运算，控制机器人执行相应动作。

机器人控制系统通常由硬件和软件两部分组成。

硬件部分包括感知装置、执行器和控制器。

感知装置用于实时获取机器人所处环境的信息，如距离、视觉、温度等数据。

执行器用于将控制信号转化为机械运动，例如驱动电机、执行臂等。

控制器是硬件部分的核心，用于接收和处理输入信号，并产生相应的控制信号给执行器。

软件部分通常包括系统软件和应用软件。

系统软件主要负责机器人的运行管理和数据处理，如操作系统、传感器驱动程序等。

应用软件则根据机器人的不同功能和任务进行开发，如工业自动化、医疗护理等领域的应用软件。

二、机器人控制系统的设计步骤1.需求分析：根据机器人的应用场景和功能需求，对控制系统的性能要求进行分析和规划。

2.系统设计：根据需求分析的结果，设计系统的硬件和软件框架。

确定感知装置、执行器和控制器的选择和集成方案，以及系统软件和应用软件的开发方案。

3.系统集成：将硬件和软件组件进行集成，并进行各组件之间的接口测试和调试。

确保硬件和软件的相互兼容和稳定性。

4.系统优化：在集成调试的基础上，对系统进行性能优化和功能增强。

通过算法优化、控制参数调整等方法，提高机器人的响应速度和运动精度。

5.系统测试：进行全面的系统测试，模拟各种工作场景和极端情况，验证控制系统的性能和可靠性。

对测试结果进行分析和修正，直到系统能够满足预期要求。

6.系统部署和维护：将经过测试和优化的机器人控制系统部署到实际应用中，并进行长期的维护和支持。

及时处理系统故障和性能下降问题，保证系统的可持续运行。

三、机器人控制系统的组成1.感知装置：包括传感器、摄像头、激光雷达等，用于获取机器人周围环境的信息，为控制系统提供输入数据。

机器人的控制系统详解-精

(4)信息运算量大。机器人的动作住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采用人工智能的方法，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，按照给定的指器人控制系统的特点
一、机器人控制系统的特点
(3)具有较高的重复定位精度，系统刚性好。除直角坐标机器人外，机器人关节上的位置检测元件不能安装在末端执行器上，而应安装在各自的驱动轴上，构成位置半闭环系统。但机器人的重复定位精度较高，一般为±0.1 mm。此外，由于机器人运行时要求运动平稳，不受外力干扰，为此系统应具有较好的刚性。
一、机器人控制系统的特点
(2)运动描述复杂，机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着状态的变化，其参数也在变化，各变量之间还存在耦合。因此，仅仅考虑位置闭环是不够的，还要考虑速度闭环，甚至加速度闭环。在控制过程中，根据给定的任务，应当选择不同的基准坐标系，并做适当的坐标变换，求解机器人运动学正问题和逆问题。此外，还要考虑各关节之间惯性力、哥氏力等的耦合作用和重力负载的影响，因此，系统中还经常采用一些控制策略，如重力补偿、前馈、解耦或自适应控制等。
(6)工业机器人还有一种特有的控制方式—— 制方式。当要工业机器人完成某作业时，可预先移动工业机器人的手臂来示教该作业顺序、位置及其他信息，在此过程中把相关的作业信息存储在内存中，在执行任务时，依靠工业机器人的动作再现功能，可重复进行该作业。此外，从操作的角度来看，要求控制系统具有良好的人机界面，尽量降低对操作者的要求。因此，多数情况要求控制器的设计人员不仅要完成底层伺服控制器的设计，还要完成规划算法的编程。

第七章机器人控制新 72页PPT文档

驱动控制器2
驱动控制器3
驱动控制器4
机器人本体
机器人控制系统的构成
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8
第七章机器人控制
分析各层（级）的关系与区别
知识粒度数据处理功能类别
作业控制级
粗
模糊
决策
运动控制级
中
精确任务分解
驱动控制级
细
精确
控制
通过分层递阶的组织形式才能完成复杂任务
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第七章机器人控制
Θ为表示旋转关节或平移关节位移的n×1向量;
为表示旋转关节力矩或平移关节力的n×1向量
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27
前馈控制和超前控制前馈控制：从给定信号中提取速度、加速度信号。把它加在伺服系统的适当部位，以消除系统的速度和加速度跟踪误差。超前控制：估计下一时刻的位置误差，并把这个估计量加到下一时刻的控制量中。
2019/9/514 Nhomakorabea第七章机器人控制
各种智能控制策略
记忆－修正控制 (迭代学习控制 ) 记忆前一次的运动误差，改进后一次的控制量；适用于重复操作的场合。听觉控制有的机器人可以根据人的口头命令做出回答或执行任务，这是利用了声音识别系统。视觉控制常将视觉系统用于判别物体形状和物体之间的关系，也可以用来测量距离、选择运动途径。递阶控制（组织级、协调级、执行级）最低层是各关节的伺服系统，最高层是管理（主）计算机；大系统控制理论可以用在机器人系统中。
解耦控制(decoupling control) 鲁棒控制(robustness control) 容错控制(fault tolerant control)
第七章机器人控制
多变量控制系统的一般结构传递函数矩阵：开环传递函数矩阵，闭环传递函数矩阵多变量系统分析和计算的特殊性：变量是向量，传函是矩阵（矩阵的计算不满足交换律）多变量系统控制的发展： 1.状态空间法：

工业机器人的基础知识

器人Unimate（见图1-1），使工业机器人的历史真正拉开了帷幕。
图1-1 Unimate 机器人
2）初级阶段（20世纪60—70年代） 1961年，德沃尔的Unimation公司为通用汽车生产线安装了第一台用于生产的工
业机器人，它主要用于生产门窗把手、换挡旋钮、灯具和其他汽车内饰用五金件。 1978年，日本山梨大学牧野洋发明SCARA机器人（见图1-2），该机器人具有
将串联机器人和并联机器人有机结合起来的工业机器人，称为混联机器人。混联机器人既有并联机器人刚度好的优点，又有串联机器人工作范围大的优点，进一步扩大了机器人的应用范围。
2．按操作机坐标形式分类
工业机器人按操作机坐标形式的不同，可分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人和多关节机器人等。
四个轴和四个运动自由度，特别适合于装配工作，如今被广泛应用于汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。
图1-2 SCARA机器人
3）迅速发展阶段（20世纪80—90年代）
1981年，通用汽车公司第一次将CONSIGHT机器视觉系统成功地应用在了一个恶劣的制造环境中，利用三台工业机器人以每小时1400个的速度分拣出六种不同的铸件。
工业机器人基础
工业机器人的基础知识
1.1 工业机器人的定义及特点
用来进行搬运机械部件或工件的、可编程序的多功能操作器，或通过改变程序可以完成各种工作的特殊机械装置。
工业机器人有以下几个特点：
1．可编程
生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程。因此，它在小批量、多品种、均衡、高效的柔性制造过程中能发挥很好的作用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。
1）高性能 2）机械结构向模块化、可重构化发展 3）本体结构更新加快 4）控制技术的开放化、PC化和网络化 5）多传感器融合技术的实用化 6）多智能体协调控制技术

机器人控制系统分类与基本功能

机器人控制系统分类与基本功能
机器人控制系统是一种智能控制系统，它提供了一种智能的、有效的
控制方法，以实现机器人系统的运动控制、任务控制和其他自动化控制，
从而实现完成特定任务的智能化。

目前，它正在被广泛应用于工厂自动化、家庭机器人、建筑自动化等智能系统中，以提高机器人系统的智能程度和
可控性。

根据机器人控制系统的功能特点，可以将机器人控制系统分为以下几类：
一、位移控制系统：这类控制系统通常是用来控制机器人在世界坐标
系中的位置、速度和加速度的，它可以指导机器人达到目的地或者运动路
径上的处，也可以控制机器人运动的轨迹，使机器人在规定的范围内可以
控制自己的位置和运动。

二、运动控制系统：它主要负责机器人的关节运动控制，包括关节的
位置、速度、加速度、力等等，可以帮助机器人达到规定位置，并实现规
定运动轨迹，即使是复杂的机械操作也能得到及时有效的控制。

三、任务控制系统：这类控制系统指的是机器人执行一些任务的控制
方法，它可以通过多种功能模块，如机器视觉、语音识别、人机交互等实
现机器人完成各种任务的控制，为用户提供更多的服务。

机器人控制系统设计

机器人控制系统设计机器人控制系统设计是机器人研发的关键环节之一。

一个优秀的控制系统可以确保机器人能够准确地感知环境、自主决策、有效地执行任务，提高机器人的整体性能和智能化水平。

本文将从以下几个方面探讨机器人控制系统设计。

一、引言随着人工智能技术的不断发展，机器人已经广泛应用于生产、生活、医疗等诸多领域。

机器人控制系统是机器人的核心部分，它负责接收传感器输入的信息，根据预设的程序或算法进行处理，并产生相应的控制信号，以控制机器人的行动。

因此，设计一个性能优良的机器人控制系统，对于提高机器人的智能化水平和工作效率具有至关重要的意义。

二、系统架构机器人控制系统的架构通常包括以下几个主要组成部分：1、传感器接口：用于接收来自传感器的信息，包括环境感知、自身状态等传感器数据。

2、信息处理单元：对接收到的传感器数据进行处理和分析，提取有用的信息以供控制系统使用。

3、决策单元：根据信息处理单元输出的信息，做出相应的决策和控制指令。

4、执行器：接收决策单元发出的控制信号，驱动机器人执行相应的动作。

5、电源管理单元：负责整个控制系统的电源供应，确保系统的稳定运行。

这些组成部分通过一定的通信协议和接口相互连接，形成一个完整的控制系统架构。

三、算法设计机器人控制系统的算法设计是实现系统功能的核心环节。

根据不同的控制需求，需要选择和设计合适的算法。

以下是一些常用的算法：1、决策算法：根据机器人的感知数据和预设规则，做出相应的决策和控制指令。

常见的决策算法包括基于规则的推理、模糊逻辑等。

2、路径规划算法：在给定起点和终点的情况下，计算出机器人从起点到终点的最优路径。

常用的路径规划算法包括基于搜索的方法（如A*算法）、基于网格的方法（如Dijkstra算法）和基于启发式的方法（如遗传算法）等。

3、运动控制算法：根据机器人的运动学模型和动力学模型，控制机器人的运动轨迹和姿态。

常用的运动控制算法包括PID控制、鲁棒控制、自适应控制等。

第5章机器人控制系统

5.2.3 力(力矩)控制方式
机器人行程的速度 /时间曲线
在进行装配或抓取物体等作业时，工业机器人末端操作器与环境或作业对象
的表面接触，除了要求准确定位之外，还要求使用适度的力或力矩进行工作，这时就要采取力 (力矩)控制方式。力(力矩)控制是对位置控制的补充，这种方式的控制原理与位置伺服控制原理也基本相同，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，系统中有力 (力矩)传感器。
5.1.4 工业机器人控制的特点
1) 传统的自动机械是以自身的动作为重点，而工业机器人的控制系统则更着重本体与操作对象的相互关系。
2) 工业机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。
3) 每个自由度一般包含一个伺服机构，多个独立的伺服系统必须有机地协
调起来，组成一个多变量的控制系统。
4) 描述工业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
姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。机器人控制系统有三种结构：集中控制、主从控制和分布式控制。
5.1.1 机器人控制系统的基本功能
机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下：
（1）记忆功能（ 2）示教功能（ 3）与外围设备联系功能（ 4）坐标设置功能（ 5）人机接口（ 6）传感器接口（ 7）位置伺服功能
第八页，编辑于星期二：二十点二十一分。
5.2 工业机器人控制的分类
工业机器人控制结构的选择，是由工业机器人所执行的任务决定的，对不同类型的机器人已经发展了不同的控制综合方法。工业机器人控制的分类，
没有统一的标准。
? 按运动坐标控制的方式来分：有关节空间运动控制、直角坐标空间运动控制

机器人的控制系统

机器人的控制系统1. 引言机器人的控制系统是指对机器人进行实时控制和指导的软硬件系统。

它是机器人技术中的重要组成部分，负责控制机器人的运动、感知和决策。

机器人的控制系统需要具备高效、准确和可靠的特点，以实现机器人在不同环境和任务下的自主、智能运行。

本文将介绍机器人的控制系统的基本原理和主要功能。

2. 控制系统的基本原理机器人的控制系统通常采用分层控制结构，包括感知层、决策层和执行层。

感知层负责采集机器人周围环境的信息，决策层负责根据感知数据制定运动策略和任务计划，执行层负责控制机器人的运动和动作执行。

控制系统的基本原理如下：2.1 感知层感知层的主要任务是通过传感器采集机器人周围环境的信息。

常用的传感器包括摄像头、激光雷达、红外传感器等。

感知层通过感知和识别环境中的物体、障碍和目标，提供给决策层进行处理。

2.2 决策层决策层的主要任务是根据感知数据制定运动策略和任务计划。

决策层利用感知数据进行环境分析和目标识别，然后根据预先设定的算法和规则进行决策。

决策层可以根据情况调整机器人的运动策略和行为。

2.3 执行层执行层的主要任务是根据决策层的指令控制机器人的运动和动作执行。

执行层通过控制机器人的关节和执行器，实现机器人的运动、抓取和操作等动作。

执行层需要根据任务需求实时调整机器人的运动参数，保证机器人能够完成所要执行的任务。

3. 控制系统的主要功能机器人的控制系统具有多种功能，包括自主导航、路径规划、避障和交互等。

以下将介绍控制系统的主要功能：3.1 自主导航自主导航是控制系统的基本功能之一，机器人需要通过感知环境和决策运动策略，在未知环境中实现自主导航。

自主导航需要进行环境建模、路径规划和运动控制等步骤，以实现机器人的安全、高效移动。

3.2 路径规划路径规划是指根据机器人的起点、终点和环境信息，确定机器人的移动路径。

路径规划需要考虑避障、优化路径和实时调整等因素，以确保机器人能够按照预定路线安全、高效地移动。

工业机器人的控制系统

工业机器人的结构多为串接的连杆形式，其动态特性具有高度的非线性。但在控制系统设计中，通常把机器人的每个关节当作一个独立的伺服机构来考虑。因此，工业机器人系统就变成了一个由多关节串联组成的各自独立又协同操作的线性系统。
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。

机器人基础知识

机器人系统的结构，通常由以下几部分组成，即执行机构、驱动与传动系统、控制系统、智能系统、环境、任务等。
机器人基础知识
（1）机器人的执行机构众所周知，对于我们人类来说，从执行器官讲，就是在大脑
支配下的嘴巴和四肢。单从体力劳动来讲，可以靠脚力、肩扛，但最为主要的是人的手臂和手。而手的动作，离不开胳臂、腰身的支持与配合。手部的动作和其他部位的动作是靠肌肉收缩和张弛，并由骨骼作为杠杆支持而完成的。
机器人的执行机构，一般包括手臂、关节、末端执行器和基座，它与人身结构基本上相对应，其中：
手臂对应人的手臂；机器人的关节，有滑动关节、转动关节、圆柱关节和球关节等类型，在何部位采用何种关节，则由要求它作何种运动而决定。机器人的关节，保证了机器人各部位的可动性；
机器人基础知识
末端执行器又称机器人的手部，对应于人手和握持的工具，它是工业机器人和多数服务型机器人直接从事工作的部分，根据工作性质（机器人的类型），其手部可以设计成夹持型的夹爪，用以夹持东西；也可以是某种工具，如焊枪、喷嘴等；也可以是非夹持类的，如真空吸盘、电磁吸盘等；在仿人形机器人中，手部可能是仿人形多指手；
机器人基础知识
机器人的分析-决策智能系统，主要是靠计算机专用或通用软件来完成。（5）环境
一般将机器人所处的周围环境、工作对象、障碍等（外传感器感知的对象）称为环境；（6）任务
环境的两种状态（初始状态和目标状态）间的差别；
3 机器人自由度 DOF(degree of freedom)
自由度是机器人的一个重要技术指标，由机器人的结构决定，直接影响机器人的机动性。
机器人基础知识
一、机器人系统
1 机器人的主要特点：
“通用性”与“适应性”是其二主要特点。

智能机器人的机构设计与控制

智能机器人的机构设计与控制随着智能科技和机器人技术的飞速发展，智能机器人已经成为了出现在我们生活的一个新的热点。

智能机器人的应用领域越来越广泛，机器人的机构设计与控制也变得更加复杂和精密。

在本文中，我们将重点探讨智能机器人的机构设计与控制。

一、智能机器人的机构设计机构设计是指为了实现机器人某项动作或完成特定任务而安排的部件、结构、布局、材料以及加工技术等综合设计。

智能机器人的机构设计需要兼顾多种因素，如机器人要完成的任务、使用环境、工作负载、自主学习算法和传感器技术等。

下面我们将详细探讨智能机器人机构设计的四个方面。

1. 机械结构设计机械结构设计是智能机器人机构设计的重要部分，它应建立在机器人的使用环境和工作负载基础上。

例如，如果机器人要在恶劣的工作环境中工作，机械结构就需要考虑防水、防尘、抗震、抗磨损等性能。

2. 机电集成设计机电集成设计是智能机器人机构设计中不可缺少的一部分，也是智能机器人实现物理任务的基础。

机电集成设计通过直接连接机器人的力和动力传递，将机器人各部件紧密耦合起来，实现机器人的高效稳定运动。

3. 传感器布置设计传感器布置设计是智能机器人机构设计中的重要环节，传感器技术对机器人的智能化程度至关重要。

有了传感器，机器人可以感知周围环境和带有标记的物体，自行构建地图、规划路径和实现精准抓取等任务。

4. 智能算法优化设计智能算法优化设计是智能机器人机构设计中的高级环节，它将人工智能与机器人设计结合，通过自主学习和全面数据分析，为机器人提供先进、高效的智能算法。

这些算法可以在不断的实际应用中进行优化。

二、智能机器人的控制系统设计机器人的控制系统是实现机器人智能化和自主化的重要手段，它负责监视、控制机器人的各类行为和功能，实现人机交互、互联互通。

智能机器人的控制系统设计应涉及到机器人的各项行动，如移动、抓取、搬运、组装等。

1. 控制策略设计控制策略设计是机器人控制系统设计的基础环节，也是机器人智能控制的重要部分。

《机器人控制》课件

总结词
描述机器人轨迹规划的方法和步骤。
详细描述
介绍机器人轨迹规划的定义、目的和意义，以及基于时间、基于距离、基于加速度等轨迹规划方法，并给出相应的规划步骤和实例。
04
机器人控制算法
基于规则的控制算法
基础且常用
基于规则的控制算法是机器人控制中最为基础和常用的算法之一。它根据预先设定的规则或逻辑，对机器人的运动进行控制。这种算法通常比较简单，易于实现，适合于一些简单的、确定性强的任务。
详细描述
介绍机器人运动学的定义、研究内容、坐标系建立、运动学方程的建立等基本概念，以及正运动学和逆运动学的求解方法。
机器人动力学基础
总结词
描述机器人动力学的基础概念和原理。
详细描述
介绍机器人动力学的基本概念，如牛顿-欧拉方程、拉格朗日方程等，以及机器人在各种运动状态下的动力学特性。
机器人轨迹规划
服务机器人应用实例
家庭服务
服务机器人进入家庭，提供清洁、烹饪、照看老人和儿童等服务，提高家庭生活质量。
医疗护理
服务机器人在医疗护理领域协助医生诊断、护理病人，提高医疗服务水平。
旅游导览
服务机器人在旅游景区提供导览服务，为游客提供详细的信息和便利的导航。
特种机器人应用实例
深海探测
特种机器人潜入深海进行资源勘探、海洋生物研究等，拓展人类对海洋的认识。
《机器人控制》ppt课件
• 机器人控制概述 • 机器人感知与决策 • 机器人运动控制 • 机器人控制算法 • 机器人应用实例
01
机器人控制概述
机器人控制的基本概念
机器人控制
控制系统的目标
指通过预设的算法或指令，使机器人按照要求完成一系列动作或任务的过程杂、精确的任务。

工业机器人及其控制系统的分类与特点详解

工业机器人及其控制系统的分类与特点详解一、工业机器人的分类1. 按操作机坐标形式可分为：（1）直角坐标型工业机器人其运动部分由三个相互垂直的直线移动（即PPP）组成，其工作空间图形为长方形。

它在各个轴向的移动距离，可在各个坐标轴上直接读出，直观性强，易于位置和姿态的编程计算，定位精度高，控制无耦合，结构简单，但机体所占空间体积大，动作范围小，灵活性差，难与其他工业机器人协调工作。

（2）圆柱坐标型工业机器人其运动形式是通过一个转动和两个移动组成的运动系统来实现的，其工作空间图形为圆柱，与直角坐标型工业机器人相比，在相同的工作空间条件下，机体所占体积小，而运动范围大，其位置精度仅次于直角坐标型机器人，难与其他工业机器人协调工作。

（3）球坐标型工业机器人又称极坐标型工业机器人，其手臂的运动由两个转动和一个直线移动（即RRP,一个回转，一个俯仰和一个伸缩运动）所组成，其工作空间为一球体，它可以作上下俯仰动作并能抓取地面上或教低位置的协调工件，其位置精度高，位置误差与臂长成正比。

（4）多关节型工业机器人又称回转坐标型工业机器人，这种工业机器人的手臂与人一体上肢类似，其前三个关节是回转副（即RRR），该工业机器人一般由立柱和大小臂组成，立柱与大臂见形成肩关节，大臂和小臂间形成肘关节，可使大臂做回转运动和俯仰摆动，小臂做仰俯摆动。

其结构最紧凑，灵活性大，占地面积最小，能与其他工业机器人协调工作，但位置精度教低，有平衡问题，控制耦合，这种工业机器人应用越来越广泛。

（5）平面关节型工业机器人它采用一个移动关节和两个回转关节（即PRR），移动关节实现上下运动，而两个回转关节则控制前后、左右运动。

这种形式的工业机器人又称（SCARA(Seletive Compliance Assembly Robot Arm)装配机器人。

在水平方向则具有柔顺性，而在垂直方向则有教大的刚。

工业机器人控制系统的特点

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。
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。
对需要控制连续轨迹的喷漆、电弧焊等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。
5.1 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。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。
5.4.1 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。

工业机器人控制系统

的力矩和惯性。
运动范围
机器人的机械系统决定了其运动范围和可达空间，通常根据实际
应用需求进行设计。
控制系统
控制器
控制系统核心是控制器，它负责接收来自感知系统的信号，并根据预定的程序控制机器人的运动。
通信接口
控制器需要与机器人其他系统进行通信，通常通过串行接口或网络接口进行数据传输。
编程与调试
详细描述
采用多层次的安全控制策略，如紧急停止、防撞保护等，确保机器人在异常情况下的安全停机。
总结词
确保工业机器人的安全性和可靠性，降低事故风险和维护成本。
06
CATALOGUE
工业机器人控制系统的未来发展趋势与挑战
技术创新与发展趋势
智能化
利用人工智能、机器学习等技术提升工业机器人的智能化水平，实现更精准、高效的控制。
物流业
用于自动化仓库中的货物分类、搬运、装卸等工作，提高物流效率和减少人力成本。
医疗行业
用于自动化手术、医疗器械的制造和检测等工作，提高医疗水平和效率。
工业机器人控制系统的发展历程
第一代
基于硬件电路的控制系统，采用模拟电路实现控制功能，具
有简单可靠的特点。
第二代
基于计算机的数字控制系统，采用计算机程序实现控制功能，具有高精度、高效率的特点。
详细描述
动力学设计是通过分析机器人在运动过程中的力和力矩的变化，以确定机器人的动态性能。它主要涉及到机器人的负载特性、驱动力和摩擦阻力等方面的设计。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 控制系统设计
总结词
控制系统设计是工业机器人控制系统设计的核心，它主要研究如何精确控制机器人的运动轨迹和姿态。
详细描述

简述工业机器人的定义及特点

简述工业机器人的定义及特点工业机器人是指用于工业生产领域的自动化机器人，它是一种能够代替人工完成重复性、繁琐或危险工作的机器人系统。

工业机器人具有高度灵活性、精确性和可编程性的特点，可以在生产线上执行多种不同的任务，提高生产效率和产品质量。

工业机器人的定义：工业机器人是一种能够自动执行某些特定任务的机器人系统，它由机械结构、控制系统、传感器和执行器等组成。

工业机器人通过程序控制，能够完成一系列重复性、繁琐或危险的工作，具有高效、精确、稳定的特点。

工业机器人的特点：1. 高度灵活性：工业机器人具有多轴自由度，可以在三维空间内灵活移动，适应不同的工作环境和任务需求。

机械臂的关节可根据需要进行旋转、伸缩和抓取等操作，具有较强的适应能力。

2. 精确性：工业机器人的运动精度高，能够进行精确定位和操作。

通过精密的控制系统和传感器，工业机器人能够实现毫米级的位置控制和力量控制，保证产品的质量和生产效率。

3. 可编程性：工业机器人可以通过编程实现不同的工作任务和工艺流程。

工业机器人的控制系统通常采用专门的编程语言，如机器人操作系统（ROS）和G代码等，通过编写程序指令，可以实现机器人的自主运动和任务执行。

4. 多功能性：工业机器人可以完成多种不同的任务，包括搬运、装配、焊接、喷涂、包装等。

通过更换不同的工具和末端执行器，工业机器人可以适应不同的生产需求，实现多样化的生产。

5. 自动化：工业机器人具有自动化的特点，可以在无人值守的情况下执行任务。

通过与其他自动化设备和系统的联动，工业机器人能够实现自动化生产流程，提高生产效率和生产线的灵活性。

6. 安全性：工业机器人在设计和工作时考虑了安全性问题，采取了多种安全措施。

例如，通过安全光幕、安全装置和力矩传感器等，可以实现对机器人和人员的安全监测和保护，避免意外伤害。

7. 数据采集和分析：工业机器人可以通过传感器采集工作过程中的数据，如位置、力量、速度等，通过数据分析和处理，可以实现对生产过程的监控和优化，提高生产效率和产品质量。

《工业机器人技术基础》(第5章)

点位控制方式的主要技术指标是定位精度和运动所需的时间。
2．连续轨迹控制
（a）
（b）
（c）
图5-11 示教数据的编辑机能
（d）
连续轨迹控制不仅要求机器人以一定的精度到达目标点，而且对移动轨
迹也有一定的精度要求。
5.2.2 力控制
1．被动交互控制
在被动交互控制中，由于机器人固有的柔顺，机器人末端执行器的轨迹被相互作用力所修正。被动交互控制不需要力〔力矩〕传感器，并且预设的末端执行器轨迹在执行期间也不需要改变。此外，被动柔顺结构的响应远快于利用计算机控制算法实现的主动重定位。
集中控制结构是用一台计算机实现全部控制功能，构简单、本钱低，但实时性差，难以扩展。
图5-3 集中控制结构框图
2．主从控制结构
主从控制结构采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主计算机实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从计算机实现所有关节的动作控制。这种控制结构系统实时性较好，适于高精度、高速度控制，但其系统扩展性较差，维修困难。
2．运动控制功能
运动控制功能是指通过对机器人末端执行器在空间的位姿、速度、加速度等项的控制，使机器人末端执行器按照任务要求进行动作，最终完成给定的作业任务。
运动控制功能与示教再现功能的区别
在示教再现控制中，机器人末端执行器的各项运动参数是由示教人员教给它的，其精度取决于示教人员的熟练程度；而在运动控制中，机器人末端执行器的各项运动参数是由机器人的控制系统经过运算得来的，且在工作人员不能示教的情况下，通过编程指令仍然可以控制机器人完成给定的作业任务。
5.1.3 工业机器人控制系统的组成
工业机器人控制系统主要由控制计算机、示教盒、操作面板、硬盘和软盘存储器、数字和模拟量输入/输出接口、打印机接口、传感器接口、轴控制器、辅助设备控制接口、通信接口、网络接口等组成，如图5-2所示。

码垛机器人控制系统和设备特点

码垛机器人控制系统和设备特点码垛机器人是一种自动化设备，用于在物流和仓储领域中进行货物码垛操作。

它通过先进的控制系统和设备特点，实现高效、准确和可靠的码垛任务。

本文将详细介绍码垛机器人控制系统和设备的特点，并符合标题中心扩展下的描述。

一、码垛机器人控制系统特点1. 高度智能化：码垛机器人采用先进的人工智能技术，具备自主学习和决策能力。

通过感知系统、规划算法和控制策略的结合，能够实时感知环境、分析数据，并做出智能化的决策，以完成复杂的码垛任务。

2. 灵活可编程：码垛机器人控制系统具有良好的可编程性，可以根据不同的码垛需求进行灵活的编程和配置。

用户可以通过编写特定的码垛程序，实现不同尺寸、形状和重量的货物的自动码垛，提高生产效率和灵活性。

3. 高精度定位：码垛机器人控制系统采用高精度的定位技术，能够准确地感知和定位货物的位置和姿态。

通过激光传感器、视觉系统或者其他定位设备，可以实时获取货物的位置信息，并进行精确的码垛操作，确保码垛的准确性和稳定性。

4. 多轴协同控制：码垛机器人通常具备多轴协同控制的能力，可以同时控制机械臂的多个关节，实现复杂的运动轨迹和动作序列。

通过精确的运动规划和控制算法，可以实现高速、平稳和精准的码垛动作，提高生产效率和质量。

5. 安全可靠性：码垛机器人控制系统注重安全性和可靠性的设计。

通过安全传感器、急停装置和防碰撞算法等措施，可以确保机器人在码垛过程中不会对人员和设备造成伤害。

同时，控制系统还具备故障检测和自动恢复功能，能够及时发现和处理故障，提高设备的可靠性和稳定性。

二、码垛机器人设备特点1. 机械臂系统：码垛机器人的核心设备是机械臂系统，它通常由多个关节和执行器组成，具备灵活的运动能力。

机械臂系统采用轻量化和高刚性的结构设计，能够承载较大的负载并实现高速、精准的码垛动作。

2. 感知系统：码垛机器人配备了多种感知系统，用于感知和获取环境和货物的信息。

例如，激光传感器可以用于测量货物的距离和形状，视觉系统可以用于识别货物的位置和姿态。

工业机器人基础知识大全,看完秒懂!

工业机器人基础知识大全，看完秒懂！1.主体主体机械即机座和实行机构，包括大臂、小臂、腕部和手部，构成的多自由度的机械系统。

有的机器人另有行走机构。

工业机器人有6个自由度乃至更多腕部通常有1～3个活动自由度。

2.驱动系统工业机器人的驱动系统，按动力源分为液压，气动和电动三大类。

依据需求也可由这三种范例组合并复合式的驱动系统。

或者通过同步带、轮系、齿轮等机械传动机构来间接驱动。

驱动系统有动力装置和传动机构，用以实行机构发生相应的动作，这三类根本驱动系统的各有特点，现在主流的是电动驱动系统。

由于低惯量，大转矩交、直流伺服电机及其配套的伺服驱动器(交换变频器、直流脉冲宽度调制器)的普遍接纳。

这类系统不需能量转换，运用方便，控制灵敏。

大多数电机后面需安装精细的传动机构：减速器。

其齿运用齿轮的速率转换器，将电机的反转数减速到所要的反转数，并得到较大转矩的装置，从而降低转速，添加转矩,当负载较大时，一味提升伺服电机的功率是很不划算的，能够在适宜的速率范畴内通过减速器来进步输出扭矩。

伺服电机在低频运转下容易发热和出现低频振动，长时间和重复性的工作不利于确保其准确性、牢靠地运转。

精细减速电机的存在使伺服电机在一个适宜的速率下运转，加强机器体刚性的同时输出更大的力矩。

如今主流的减速器有两种：谐波减速器和RV减速3.控制系统机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功用和功能的主要要素。

控制系统是按照输入的程序对驱动系统和实行机构收回指令信号，并进行控制。

工业机器人控制技术的主要任务便是控制工业机器人在工作空间中的活动范围、姿势和轨迹、动作的时间等。

具有编程简单、软件菜单操纵、友好的人机交互界面、在线操纵提示和运用方便等特点。

控制器系统是机器人的中心，外国有关公司对我国实验紧密封闭。

连年来随着微电子技术的开展，微处置器的功能越来越高，而价钱则越来越便宜，现在市集上曾经出现了1-2美金的32位微处置器。

高性价比的微处置器为机器人控制器带来了新的开展机会，使开辟低本钱、高功能的机器人控制器成为可能。

简述工业机器人控制系统的特点

简述工业机器人控制系统的特点一、引言工业机器人是一种可以自动执行各种任务的机器人，广泛应用于制造业中。

而工业机器人控制系统则是控制机器人运动和操作的核心部分。

本文将从多个方面详细介绍工业机器人控制系统的特点。

二、硬件特点1. 控制器：工业机器人控制系统的核心部分，主要由计算机、输入输出设备、通信设备等组成。

2. 传感器：用于检测和感知环境中的物理量，如位置、力量、压力等。

3. 执行元件：包括电动机、气缸等，用于实现机械臂的运动和操作。

三、软件特点1. 编程方式：通常使用离线编程方式，即在计算机上编写程序并将其上传到控制器中执行。

2. 编程语言：常用编程语言包括Rapid、Karel等，其中Rapid是ABB公司开发的专门用于编写工业机器人程序的语言。

3. 程序结构：通常采用模块化设计结构，将程序分为多个模块，每个模块负责完成一个具体任务，便于修改和维护。

四、运动控制特点1. 运动规划：通过数学模型和算法计算机器人的运动轨迹，保证其在运动过程中的平滑性和精度。

2. 运动控制：通过控制器对执行元件进行精确的控制，实现机械臂的运动和操作。

3. 轴数控制：工业机器人通常具有多个自由度，需要对每个轴进行独立的控制，以保证机械臂的灵活性和多样性。

五、安全特点1. 安全传感器：用于检测周围环境中是否存在障碍物或人员，以避免机器人与外界产生碰撞。

2. 安全系统：包括紧急停止按钮、声光报警装置等，用于在紧急情况下及时停止机器人的运动。

3. 安全标准：工业机器人需要遵守国家和行业相关的安全标准，如ISO10218等。

六、应用特点1. 自动化程度高：工业机器人可以实现自主化操作，并且可以根据不同任务进行编程和调整。

2. 灵活性强：工业机器人可以根据不同任务进行配置和调整，并且可以适应不同产品和生产线的需求。

3. 生产效率高：工业机器人可以实现连续、高速、精确的操作，大大提高了生产效率和产品质量。

七、总结工业机器人控制系统具有硬件特点、软件特点、运动控制特点、安全特点和应用特点等多个方面的特点。