机器人技术第九章控制系统
机器人控制系统介绍
机器人控制系统介绍
机器人控制系统是指对机器人进行设计、建模、分析、开发、测试以及实施等全方位控制的系统。
它是由控制器、运动控制器、相应的驱动电路、执行机构等组成的。
机器人控制系统的主要组成部分包括：运动控制器、传感器、执行器、机器视觉、通信总线、人机交互界面等。
其中，运动控制器是机器人最重要的组成部分之一，它直接控制机器人的各个关节，使其按照预设的轨迹运动。
控制器是机器人连续运动的关键，通常使用pid控制算法来实现高精度的运动控制。
除了所述的组成部分外，机器人控制系统还包括以下两个方面的内容：定位和控制。
在定位方面，机器人控制系统是通过传感器来获取机器人在空间位置、姿态和速度等相关信息，通过分析这些信息来调整机器人下一步的运动方向和速度，使其能够准确地达到目标位置。
在控制方面，机器人控制系统是通过控制器将运动控制指令传达给机器人的执行单元，控制机器人达到所需的运动方式。
1、提高机器人的操作精度和效率。
机器人控制系统可以使机器人的操作速度和精度达到很高的水平。
2、降低对人力的依赖。
有了机器人控制系统，机器人可以在不需要人工干预的情况下完成各种操作。
3、使机器人能够适应不同的环境和任务。
机器人控制系统的灵活性使得机器人可以处理不同的环境和任务，例如工厂自动化生产线、服务机器人、医疗机器人、军事机器人等。
总之，机器人控制系统是机器人技术中最重要的一个领域，也是当前机器人技术发展方向的核心之一。
通过机器人控制系统的不断改进和优化，机器人将会在制造、服务、医疗、军事等领域更为广泛地应用。
机器人控制系统
机器人控制系统随着科技的不断进步，机器人的应用越来越广泛，机器人控制系统成为了机器人技术中的重要一部分。
机器人控制系统是指通过集成电路、计算机和传感器等元器件，对机器人进行指令控制和数据处理的系统。
机器人控制系统的性能对机器人的行为、运动控制、感知和决策等方面均有重要影响，因此掌握机器人控制系统的原理和设计方法具有重要的意义。
本文将介绍机器人控制系统的基本原理、类型、结构组成和设计方法等方面的内容。
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计算机程序来控制机器人的动作和行为。
计算机程序是指由一系列指令组成的程序，可以实现对机器人的控制。
机器人控制系统中的传感器能够感知机器人的状态，将感知到的信息通过接口传输到计算机上，计算机将收到的信息进行处理，再将结果下达给执行器控制机器人的动作。
例如，可以通过编程实现机器人路径规划、障碍检测、姿态调整等动作。
二、机器人控制系统的类型根据机器人的应用场景和控制方式的不同，机器人控制系统可以分为三种类型：开环控制系统、闭环控制系统和开环闭环控制系统。
1、开环控制系统：又称为无反馈控制系统，其控制方式是将预设的控制命令发送到机器人，机器人按照预设的控制命令执行动作。
开环控制系统没有反馈传感器，不能感知机器人的状态，无法对机器人进行实时的调整和控制。
2、闭环控制系统：又称为反馈控制系统，它是在开环控制系统的基础上增加了反馈传感器，能够感知机器人的状态，将反馈信息传输到计算机中，计算机将根据反馈信息进行调整控制。
闭环控制系统可以提高机器人的精确度和稳定性。
3、开环闭环控制系统：开环闭环控制系统是将开环控制和闭环控制结合起来的一种控制方式，可以在需要高精度和稳定性控制时选择闭环控制，而不需要高精度和稳定性控制时选择开环控制，从而兼顾控制精度和效率。
三、机器人控制系统的结构组成机器人控制系统一般由传感器、执行器、控制器和通信接口等四个部分组成。
1、传感器：感知机器人的状态和环境，例如激光雷达、视觉传感器、力传感器等。
机器人技术机器人控制系统
机器人技术机器人控制系统机器人技术：机器人控制系统在当今科技飞速发展的时代，机器人已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。
从工业生产线上的自动化机械臂，到家庭中的智能清洁机器人，再到医疗领域的手术机器人，机器人的应用范围越来越广泛。
而在机器人的众多技术中，机器人控制系统无疑是最为关键的核心之一，它就像是机器人的“大脑”，指挥着机器人的一举一动。
机器人控制系统是什么呢？简单来说，它是一个复杂的软硬件结合的系统，负责接收、处理和发送指令，以实现机器人的各种动作和功能。
这个系统包括了传感器、控制器、执行器等多个部分，它们协同工作，使得机器人能够感知周围环境、做出决策，并执行相应的任务。
传感器在机器人控制系统中起着至关重要的作用。
就像我们人类通过眼睛、耳朵、鼻子等来感知世界一样，机器人也需要通过各种传感器来获取周围环境的信息。
常见的传感器有视觉传感器（如摄像头）、距离传感器（如激光雷达、超声波传感器）、力传感器等。
这些传感器能够将环境中的光、声音、距离、力等物理量转化为电信号，然后传输给控制器进行处理。
控制器是机器人控制系统的“中枢神经”。
它接收来自传感器的信号，并根据预设的算法和程序进行分析和计算，最终生成控制指令。
控制器的性能直接影响着机器人的响应速度、精度和稳定性。
目前，常见的控制器有单片机、PLC（可编程逻辑控制器）、工业计算机等。
不同类型的控制器适用于不同的机器人应用场景，例如单片机常用于小型机器人，而工业计算机则更适合大型、复杂的工业机器人。
执行器则是机器人控制系统的“肌肉”，它根据控制器发出的指令来执行具体的动作。
常见的执行器有电机（如直流电机、交流电机、步进电机）、气缸、液压油缸等。
电机通过旋转来带动机器人的关节运动，而气缸和液压油缸则通过伸缩来实现直线运动。
为了更好地理解机器人控制系统，我们以工业机器人为例。
在工业生产线上，一个机器人需要完成零件的抓取、搬运、装配等任务。
首先，视觉传感器会对零件的位置、形状等进行检测，并将这些信息传输给控制器。
机器人控制系统介绍
机器人控制系统介绍机器人控制系统介绍随着科技的不断发展，机器人已经逐渐成为了各个领域的热门话题。
机器人的出现不仅可以提高企业的生产效率和品质，还可以替代一些高难度和危险的工作。
机器人有着广泛的应用领域，包括工业、医疗、教育等，因此控制机器人的系统也愈加重要，本文将介绍机器人控制系统的概念、功能和类型。
一、机器人控制系统概念机器人控制系统一般由硬件、软件和控制算法三个部分组成。
控制系统的任务是控制机器人的动作，使其按照用户的指令或预设任务完成工作。
机器人控制系统的核心是控制器，它是控制机器人进行各种操作的大脑。
控制器的作用是接受输入信号、处理信息并输出控制信号，以实现机器人的动作和运动。
二、机器人控制系统功能机器人控制系统具有以下主要功能：1. 坐标定位：确定机器人在三维空间内的位置和方向。
2. 监测：监测机器人运动和环境参数，确保机器人在工作过程中安全可靠。
3. 运动控制：通过控制机器人的动力学模型实现运动控制，包括速度控制和姿态控制。
4. 路径规划：为机器人提供最优路径，避免碰撞和干涉，如何规划路径是一个极其困难的问题。
5. 变形控制：控制机器人进行形态变化，如可变刚度机器人、多段式杆机器人等。
6. 通信控制：控制机器人与外界设备之间的通信，包括数据接收和数据传输。
三、机器人控制系统类型根据机器人的形态和运动类型，机器人控制系统可以分为以下几种类型：1. 关节控制系统：这种控制系统是最简单的机器人控制系统之一。
它由连接机器人臂和关节的电机和传感器组成，可以控制机器人臂的运动。
2. 车轮控制系统：这种创造常见于无人机、地面机器人。
它是由车轮电机、传感器、控制器等组成。
3. 人造肢体控制系统：这种控制系统可以对假肢进行控制，使假肢具有一定的自主移动和灵动性。
4. 人形机器人控制系统：这种控制系统把机器人制作成人形，包括机器人头部、身体、四肢等机器人形态。
人形机器人控制系统不但可以模拟人类的姿态和动作，还可以在模仿人的讲话语音方面进行相应的控制。
机器人控制系统概述
机器人控制系统概述机器人是一种具备自主运动能力和感知能力的机械设备，有着广泛的应用领域，如工业制造、医疗服务、农业生产等。
而机器人控制系统则是机器人的核心组成部分，它决定了机器人的运动轨迹、动作和功能实现，同时影响着机器人的性能和可靠性。
1. 机器人控制系统的组成机器人控制系统一般由硬件和软件两个部分组成。
硬件部分包括机器人本体、传感器、执行器、电源和控制器等，其中机器人本体是各种运动机构和装配构件的总称，传感器用于感知和获取周围环境信息，执行器用于实现机器人的各种动作与操作，电源则为控制系统提供电能。
控制器是整个控制系统的核心组件，主要由控制芯片、调节器、存储器、接口和显示器等构成，它负责机器人控制程序的运行、传感器数据的采集和执行器命令的下达和转换。
软件部分主要包括操作系统、控制算法和程序接口。
操作系统负责管理整个系统的进程、资源和接口，保证系统的稳定和可靠性。
控制算法包括机器人运动学和动力学算法、传感器数据处理算法和机器人决策算法等，是机器人控制系统的核心技术，直接决定了机器人的运动和操作行为。
程序接口则为其他软件模块提供接口和协议支持，便于系统的集成和扩展。
2. 机器人控制系统的控制模式机器人控制系统的控制模式主要包括开环控制和闭环控制两种类型。
开环控制是指控制器根据预设的运动轨迹和命令直接控制执行器的运动，不对机器人运动过程中的误差进行纠正。
因此，开环控制所需的传感器和算法较为简单，但难以保证机器人运动的准确性和稳定性。
闭环控制则利用传感器和控制算法对机器人的状态进行实时监测和调节，使机器人能够自动纠正误差并实现精准的运动控制。
其中最常用的闭环控制方式是PID控制方式，即以比例、积分和微分三个因素来控制系统的输出，使机器人动作更为平稳和精确。
3. 机器人控制系统的分类机器人控制系统根据应用领域和机器人运动方式等因素，可以分为工业机器人控制系统、服务机器人控制系统、移动机器人控制系统和人形机器人控制系统等多个子领域。
机器人控制系统详解
机器人控制系统详解如果仅仅有感官和肌肉，人的四肢并不能动作。
一方面是因为来自感官的信号没有器官去接收和处理，另一方面也是因为没有器官发出神经信号，驱使肌肉发生收缩或舒张。
同样，如果机器人只有传感器和驱动器，机械臂也不能正常工作。
原因是传感器输出的信号没有起作用，驱动电动机也得不到驱动电压和电流，所以机器人需要有一个控制系统，用硬件和软件组成一个的控制系统。
机器人控制系统概念机器人控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。
控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。
控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。
控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。
机器人控制系统的功能要求1、记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。
2、示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。
在线示教包括示教盒和导引示教两种。
3、与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。
4、坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。
5、人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。
6、传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。
7、位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。
8、故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。
机器人控制系统的主要种类控制系统的任务，是根据机器人的作业指令程序、以及从传感器反馈回来的信号，支配机器人的执行机构去完成的运动和功能。
假如机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。
根据控制原理可分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。
根据控制运动的形式可分为点位控制和轨迹控制。
工业机器人控制系统组成1、控制计算机：控制系统的调度指挥中心机构。
2、示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
机器人控制系统详解
机器人控制系统详解如果仅仅有感官和肌肉，人的四肢并不能动作。
一方面是因为来自感官的信号没有器官去接收和处理，另一方面也是因为没有器官发出神经信号，驱使肌肉发生收缩或舒张。
同样，如果机器人只有传感器和驱动器，机械臂也不能正常工作。
原因是传感器输出的信号没有起作用，驱动电动机也得不到驱动电压和电流，所以机器人需要有一个控制系统，用硬件和软件组成一个的控制系统。
机器人控制系统概念机器人控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。
控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。
控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。
控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。
机器人控制系统的功能要求1、记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。
2、示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。
在线示教包括示教盒和导引示教两种。
3、与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。
4、坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。
5、人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。
6、传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。
7、位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。
8、故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。
机器人控制系统的主要种类控制系统的任务，是根据机器人的作业指令程序、以及从传感器反馈回来的信号，支配机器人的执行机构去完成的运动和功能。
假如机器人不具备信息反馈特征，则为开环控制系统；若具备信息反馈特征，则为闭环控制系统。
机器人控制系统
机器人控制系统随着科技的不断发展，机器人技术已经可以完成越来越多的任务和工作。
而要让这些机器人工作得更加高效、精准，机器人控制系统的重要性就不言而喻了。
本文将从机器人控制系统的定义、分类、应用以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、机器人控制系统的定义机器人控制系统是为了让机器人按照预先设计好的程序运行而开发出来的一种系统。
在机器人控制系统中，需要完成以下几个关键的任务：传感器采集信息、控制器对信息的处理、执行机构将指令转化为机器人动作。
机器人控制系统通常包含以下几个组成部分：传感器、控制器、执行机构、电源等。
二、机器人控制系统的分类机器人控制系统可以按照其结构和控制方法进行分类。
按照结构来分类，机器人控制系统可以分为以下几类：1. 中央控制系统：将机器人所有部件的数据都集中在中央来控制机器人的动作。
这种控制系统广泛应用于一些简单操作的机器人，比如在生产线上用于装配和包装的机器人。
2. 分布式控制系统：将机器人的控制分散到每个执行机构上，每台机器人都有自己的控制器和传感器。
这种系统一般应用于需要更高工作精度和更高运动速度的机器人，因为每个执行机构都有自己的控制器，同时可以进行实时的反馈和控制。
3. 混合控制系统：结合了中央控制系统和分布式控制系统的优点，同时满足了速度和精度的要求。
按照控制方法来分类，机器人控制系统可以分为以下几类：1. 开环控制系统：将指令传递给机器人执行机构，但无法保证机器人动作的精度和准确性。
2. 闭环控制系统：通过传感器采集机器人的动作数据，反馈给控制器，用于调整机器人的动作。
3. 逆向动力学控制系统：逆向动力学控制系统可以使用机器人的运动学和力学数据来计算出要达到所需目标的控制器指令。
这种控制系统被广泛应用于外科手术和精密工业中。
三、机器人控制系统的应用机器人控制系统在现代工业和发展中有着广泛的应用，以下是一些常见的应用：1. 生产线上的装配和包装机器人。
2. 清洁和维修机器人。
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。
机器人的控制系统
机器人的控制系统在当今科技飞速发展的时代，机器人已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。
从工业生产线上的机械臂到家庭中的智能清洁机器人，从医疗领域的手术机器人到太空探索中的探测机器人，它们的身影无处不在。
而机器人能够如此高效、精准地完成各种任务，其背后的关键就在于先进的控制系统。
机器人的控制系统就像是人类的大脑和神经系统，负责指挥和协调机器人的每一个动作和决策。
它接收来自各种传感器的信息，经过处理和分析后，向执行机构发送指令，从而实现机器人的运动、操作和功能。
让我们先来了解一下机器人控制系统的组成部分。
一个典型的机器人控制系统通常包括传感器、控制器、驱动器和执行机构。
传感器就如同机器人的“眼睛”和“耳朵”，能够感知周围环境的信息，例如位置、速度、温度、压力等。
常见的传感器有光电传感器、力传感器、位置传感器等。
这些传感器将收集到的信息转化为电信号，传输给控制器。
控制器则是机器人控制系统的“大脑”，它负责对传感器传来的信号进行处理和分析。
控制器根据预设的算法和程序，计算出机器人应该采取的动作，并将相应的指令发送给驱动器。
控制器的性能直接影响着机器人的控制精度、响应速度和稳定性。
目前，常见的控制器有单片机、PLC（可编程逻辑控制器）和工业计算机等。
驱动器是将控制器发出的指令转化为实际动力的装置，它类似于机器人的“肌肉”。
驱动器根据指令，为执行机构提供足够的能量和动力，使其能够按照要求运动。
常见的驱动器有电机驱动器、液压驱动器和气动驱动器等。
执行机构则是机器人的“手脚”，负责具体的动作执行。
例如，在工业机器人中，执行机构可能是机械臂的关节电机；在移动机器人中，执行机构可能是车轮或履带。
机器人控制系统的工作原理可以简单地概括为“感知决策执行”的循环过程。
传感器不断感知环境信息，控制器对这些信息进行处理和决策，然后驱动器驱动执行机构执行相应的动作。
这个过程不断重复，使得机器人能够实时适应环境的变化，完成各种复杂的任务。
机器人控制系统概述
机器人控制系统概述机器人控制系统是指用于实现对机器人运动和操作的软硬件系统。
它是机器人技术中至关重要的一部分，通过对机器人的控制和指导，可以使机器人完成各种任务，实现自主运行和灵活操作。
本文将对机器人控制系统的概述进行详细介绍。
一、机器人控制系统的组成机器人控制系统一般由硬件和软件两部分组成。
硬件包括机器人的感知系统、执行系统和控制器；软件则是指用于编写程序和算法的开发工具和平台。
1. 机器人感知系统：机器人的感知系统是指机器人获取外部环境信息的方式，常见的感知系统有摄像头、传感器等。
这些感知设备可以获取机器人所处环境的图像、声音、温度等数据，并将其转化为数字信号供机器人控制系统使用。
2. 机器人执行系统：机器人执行系统是机器人进行物理操作和运动的部分，它由电机、伺服机构、执行器等组成。
根据机器人的任务需求，执行系统可以用于控制机器人的手臂、腿部或轮子等部分的运动。
3. 机器人控制器：机器人控制器是机器人控制系统的核心部分，它负责接收感知系统和执行系统传输过来的信号，并对机器人进行控制。
机器人控制器可以是硬件控制器（如单片机、PLC等），也可以是软件控制器（如嵌入式系统、工控机等）。
4. 开发工具和平台：开发工具和平台是用于编写机器人控制程序和算法的软件，常见的开发工具有ROS（机器人操作系统）、MATLAB 等。
开发工具和平台提供了丰富的函数库和算法库，方便工程师进行程序设计和测试。
二、机器人控制系统的功能1. 运动控制：机器人控制系统可以实现对机器人运动轨迹的控制。
通过预先设定轨迹规划算法，机器人可以按照要求完成各种运动任务，如直线运动、圆弧运动等。
2. 视觉识别：机器人控制系统可以结合机器视觉技术，对环境中的物体进行识别和定位。
通过摄像头的图像处理和算法分析，机器人可以准确地识别出目标物体的位置和特征。
3. 动作控制：机器人控制系统可以实现对机器人手臂和执行机构的精确控制。
根据需求，机器人控制系统可以精确控制机器人手臂的角度、速度和力度，实现各类复杂的动作操作。
机器人的控制系统
机器人的控制系统机器人复制的概念是容易理解的。
其中心思想是用机器人复制机器人，从而在工厂实现机器人的自动生产。
为了快速准确地控制机器人，应该保持机器人手臂的稳固，还应尽量减轻其重量。
对轻便灵活的机械臂实施控制时，应满足的规格要求为：(1)按2%准则的调节时间小于2 s ；(2)阶跃响应的超调量小于10%；(3)阶跃响应的稳态误差为零。
1、系统职能框图机器人控制系统的职能框图如图所示：给定信号串联校正电压功率放大器电机机器人手臂反馈校正速度及位置反馈扰动输出位置Y(0)++__2、数学模型传递函数系统使用了速度反馈和前向控制器)(s G c 。
因为机器人是非常轻便和灵活的，我们把机械臂自身的传递函数取为：)(1)()Y(2s G s s U s = 其中)225096)(25012)(10()9003612)(10044()(2222+++++++++=s s s s s s s s s s G于是，机械臂的复零点为：1002j s ±-=和3006j s ±-=复极点为：501j s ±-=和1503j s ±-=当02=K ，而控制器只是一个可调增益放大器])([1K s G c =时，系统随1K 变化的根轨迹（图一）。
可以看到，当01>K 时，系统有两个特征根出现在s 的右半平面，应此系统是不稳定的。
>>n1=[1 4 10004];n2=[1 12 90036]; >>n=conv(n1,n2); >>d1=[1,0,0]; >>d2=[1,10]; >>d3=[1,2,2501]; >>d4=[1,6,22509];>>d=conv(conv(conv(d1,d2),d3),d4); >>rlocus(n,d)>>axis([-50 50 -350 350]) ;-50-40-30-20-101020304050-300-200-100100200300Root LocusReal Axis (seconds -1)I m a g i n a r y A x i s (s e c o n d s -1)图一必须引入速度负反馈（2K 为正）才能使上述的系统稳定，此时有S K s H 21)(+=，则系统的开环传递函数变成：)225096)(25012)(10()9003612)(100044)(1()()(1222222212++++++++++=s s s s s s s s s s K s K K s H s G s其中，1K 是前向通路控制器)(0s G 的增益。
控制系统与机器人
控制系统与机器人1. 控制系统简介控制系统是一种用于管理和操控机器人运动的技术。
它通过收集和处理机器人的感知数据，并产生相应的控制信号来实现对机器人的控制。
控制系统通常由传感器、执行器和控制器三个主要部分组成。
- 传感器：传感器用于收集机器人周围环境的信息，如触觉、视觉、听觉等。
通过传感器，机器人可以感知到周围的物体、地形和其他机器人等信息。
传感器：传感器用于收集机器人周围环境的信息，如触觉、视觉、听觉等。
通过传感器，机器人可以感知到周围的物体、地形和其他机器人等信息。
- 执行器：执行器接收控制信号，并根据信号的指示执行相应的动作。
常见的执行器包括电机、液压装置、气动装置等。
执行器：执行器接收控制信号，并根据信号的指示执行相应的动作。
常见的执行器包括电机、液压装置、气动装置等。
- 控制器：控制器是控制系统中的“大脑”，它负责处理传感器收集到的数据，并生成相应的控制信号。
控制器可以根据预先设定的算法和策略来决定机器人的动作。
控制器：控制器是控制系统中的“大脑”，它负责处理传感器收集到的数据，并生成相应的控制信号。
控制器可以根据预先设定的算法和策略来决定机器人的动作。
2. 控制系统在机器人技术中的应用控制系统在机器人技术中扮演着关键的角色。
它可以使机器人实现自主导航、操作和执行任务。
以下是控制系统在机器人技术中的一些应用：- 自主导航：通过控制系统，机器人可以利用传感器感知周围环境，并根据环境的信息做出相应的决策，实现自主导航。
这使得机器人能够在未知的环境中行动，避开障碍物，并达到特定的目标位置。
自主导航：通过控制系统，机器人可以利用传感器感知周围环境，并根据环境的信息做出相应的决策，实现自主导航。
这使得机器人能够在未知的环境中行动，避开障碍物，并达到特定的目标位置。
- 任务执行：控制系统可以使机器人执行各种任务，如搬运、装配、焊接等。
通过传感器收集任务相关的信息，并根据控制信号指导机器人的动作，可以实现高效、准确的任务执行。
机器人的控制系统
一、机器人控制系统的结构
在基于计算机的集中控制系统中，充分利用了计算机资源开放性的特点，可以实现很好的开放性，多种控制卡、传感器设备等都可以通过标准PCI插槽或标准串口、并口集成到控制系统中。集中式控制系统的优点为：硬件成本较低，便于信息的采集和分析，易于实现系统的最优控制，整体性与协调性较好。其缺点为：系统控制缺乏灵活性，控制危险容易集中，一旦出现故障，其影响面广，后果严重；由于工业机器人的实时性要求很高，当系统进行大量数据计算时，会降低系统实时性，系统对多任务的响应能力也会与系统的实时性相冲突；系统连线复杂，会降低系统的可靠性。
学习单元二 机器人控制系统的分类与组成
第一章
一、机器人控制系统的分类
图5-1 机器人控制系统的分类
二、机器人控制系统的组成
图5-2 机器人控制系统组成框图
控制计算机。控制计算机是控制系统的调度指挥机构，一般为微型机，微处理器分为32位、64位等，如奔腾系列CPU等。
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。
二、机器人控制系统的组成
学习单元三 机器人控制系统的结构与位置控制
一、机器人控制系统的结构
2.
集中控制方式
集中控制方式用一台计算机实现全部控制功能，结构简单，成本低；但实时性差，难以扩展。在早期的机器人中常采用这种结构，其构成框图如图5-3所示。
图5-3 集中控制方式的构成框图
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工业机器人应用技术
汇报日期
汇报人姓名
模块五
机器人的控制系统
机器人控制系统概述
1
机器人控制系统的分类与组成
机器人控制系统概述
机器人控制系统概述嘿，咱们今天来聊聊机器人控制系统这个有趣的话题！您知道吗，机器人就像是一个超级聪明的小伙伴，但要让它乖乖听话，干好各种活儿，就得靠厉害的控制系统啦。
就拿我之前在一个科技展览上看到的一个工业机器人来说吧。
它那灵活的手臂，精准地把零件从一个地方搬到另一个地方，速度又快，还不出错。
这背后可都是控制系统在发挥作用呢！机器人控制系统，简单来说，就像是机器人的大脑和神经。
它得告诉机器人啥时候动、怎么动、动多快、动多远。
比如说，在一个生产线上，机器人要把一个个小零件组装成一个大产品。
控制系统就得先规划好整个流程，计算出每个动作的角度、速度和力度。
这就好像我们出门前要规划好路线，是坐公交还是打车，走哪条路最快一样。
这控制系统里面，有硬件，也有软件。
硬件就像是机器人的身体器官，比如传感器、控制器、驱动器等等。
传感器就像机器人的眼睛、耳朵，能感知周围的环境和自身的状态。
控制器呢，就像是大脑，处理各种信息，做出决策。
驱动器则像是肌肉，让机器人能真正动起来。
软件呢，就是给硬件下达命令的“指挥官”。
它告诉硬件啥时候干啥，怎么干。
比如说，一个扫地机器人，软件会设定好它的清扫路线，遇到障碍物怎么避开，啥时候该回去充电。
而且啊，这控制系统还得特别聪明，能应对各种突发情况。
比如说，一个送餐机器人在餐厅里走着，突然有人挡住了路，它就得马上停下来，重新规划路线，可不能傻乎乎地撞上去。
再说说家里用的那种陪伴机器人吧。
小朋友跟它说话，它能听懂，还能回答。
这也是控制系统的功劳。
它要能识别语音，理解意思，然后给出合适的回答。
这可不容易，得有强大的算法和数据支持。
还有那些在危险环境工作的机器人，比如在核辐射区域或者火灾现场，控制系统就得保证它们既能完成任务，又能保护自己不受到伤害。
总之，机器人控制系统就像是一个神奇的魔法棒，让机器人变得能干又聪明。
未来，随着技术的不断进步，这控制系统肯定会越来越厉害，机器人也会给我们的生活带来更多的惊喜和便利。
机器人控制系统知识点
机器人控制系统知识点机器人控制系统是指用于控制和指导机器人行为的技术和系统。
它包括硬件和软件两个方面，掌握机器人控制系统的知识点对于研究和应用机器人技术至关重要。
本文将介绍机器人控制系统的几个核心知识点，包括传感器、执行机构、控制算法等。
一、传感器传感器是机器人控制系统的重要组成部分，用于感知外部环境，并将感知到的信息转化为机器人可以理解和处理的形式。
常见的机器人传感器包括：1. 视觉传感器：用于获取图像信息，如摄像头、激光扫描仪等。
2. 距离传感器：用于测量机器人与周围物体的距离，如超声波传感器、红外传感器等。
3. 接触传感器：用于检测机器人与物体的接触和碰撞，如力传感器、压力传感器等。
4. 惯性传感器：用于测量机器人的姿态和运动状态，如加速度传感器、陀螺仪等。
二、执行机构执行机构是机器人控制系统中负责执行动作的部件，它们根据控制指令来实现机器人的运动和操作。
常见的机器人执行机构包括：1. 电机：用于驱动机器人的关节或轮子运动，如直流电机、步进电机等。
2. 液压或气动执行器：用于实现高功率和精确控制的动作，如液压缸、气动马达等。
3. 线性执行器：用于实现直线运动，如线性电动机、液压缸等。
三、控制算法控制算法是机器人控制系统的核心，它决定了机器人如何根据传感器信息和目标任务来执行动作。
常见的机器人控制算法包括：1. 逆运动学：用于根据目标位置计算机器人关节或末端执行机构的运动参数。
2. 路径规划：用于确定机器人在环境中的最优路径以实现目标任务，如A*算法、Dijkstra算法等。
3. 运动控制：用于控制机器人的运动轨迹和速度，使其按照预定的路径和速度进行运动。
4. 强化学习：用于让机器人通过试错学习来优化控制策略，使其能够自主适应不同的环境和任务。
四、通信与接口机器人控制系统还需要具备与外部设备和系统进行通信的能力，以便实现与其他系统的数据交换和协作。
通信与接口知识点包括：1. 串口通信：用于机器人与计算机、传感器等设备的数据传输，如RS232、RS485等。
机器人控制系统介绍
机器人控制系统介绍机器人控制系统是指一种用于控制机器人运动、执行任务的系统。
它是机器人技术中至关重要的一部分，能够使机器人按照预设的程序或指令进行工作，完成各种任务。
本文将对机器人控制系统的基本原理、主要组成部分以及应用领域进行介绍。
一、机器人控制系统的基本原理机器人控制系统的核心原理是通过传感器采集外部环境信息，然后经过信号处理、运动规划和执行控制等步骤，最终实现机器人的运动控制和任务执行。
具体而言，机器人控制系统具备以下基本原理：1. 传感器采集：机器人通过搭载各类传感器，如视觉传感器、力传感器、触觉传感器等，获取周围环境的信息。
2. 信号处理：通过对传感器采集的信号进行处理，提取关键信息，如目标物体的位置、形状、距离等。
3. 运动规划：根据获取到的目标物体信息，机器人控制系统会进行路径规划、动作规划等算法，确定机器人完成任务的最佳路径和动作顺序。
4. 执行控制：机器人根据运动规划的结果，通过控制执行机构的工作，实现运动和动作。
执行控制可以包括电机控制、液压控制等。
二、机器人控制系统的主要组成部分机器人控制系统由硬件和软件两部分组成，具备以下主要组成部分：1. 控制器：控制器是机器人控制系统的核心，负责整体的控制和协调工作。
控制器通常由嵌入式计算机或者微处理器组成，具备实时控制能力。
2. 传感器：传感器用于感知机器人周围环境，可以包括视觉传感器、力传感器、触觉传感器等。
3. 执行机构：执行机构根据控制信号，实现机器人的运动和动作。
常见的执行机构包括电机、液压装置等。
4. 通讯模块：通讯模块用于与外部设备进行数据交换和通信，一般采用以太网、CAN总线、无线通信等方式。
5. 软件系统：软件系统是机器人控制系统的核心部分，包括操作系统、控制算法、路径规划算法等。
通过软件系统，可以实现机器人的智能控制和任务规划。
三、机器人控制系统的应用领域机器人控制系统广泛应用于工业生产、军事领域、医疗卫生、服务行业等各个领域。
机器人的控制系统
传感器物理特征的选择
尺寸和重量：影响机器人的运动性能，应该减小 或减轻
输出形式：最好是数字式电压信号，便于计算机 直接进行处理
可插接性：影响传感器使用的方便程度和机器人 结构的复杂程度（进而影响到成本），应设计通 用接口，传感器输出信号的大小和形式应能与其 他外设相匹配
机器人内部传感器
电位器式位移传感器 光电编码器（最简单的数字式位置/移传
传感器类型的选择
机器人的控制需要传感器
内部传感器： 位置传感器：位置反馈 速度传感器：速度控制，动力学计算需要 加速度传感器：动力学计算需要
传感器类型的选择
有些辅助工作需要传感器的帮助
产品检验：需要视觉 零件分类：需要视觉，对零件进行识别
需要触觉，判断是否接触到零件 需要力觉，判断零件是否放置到位
智能机器人的控制机多为计算机，处理的信息量大，控制算法复杂。 同时配备了多种内部、外部传感器，不但能感知内部关节运行速度及 力的大小，还能对外部的环境信息进行感知、反馈和处理。
5.1 机器人传感器
机器人传感器的特点和要求 机器人内部传感器 机器人外部传感器
机器人传感器的选择要求
传感器类型的选择 机器人应具备什么感觉?
传感器性能指标的确定 机器人传感器应达到什么样的性能要求?
传感器物理特征的选择 尺寸和重量、输出形式、可插接性
传感器类型的选择
选择什么类型的传感器得看机器人的需要
简单触觉：确定工作对象是否存在 复机合器触人觉对：传确感定器工的作一对般象要是求否：存在以及它的尺
寸和形（状1）精度高，重复性好 简单力（觉2：）稳沿定一性个好方，向可测靠性量高力 复合力（觉3：）抗测干量扰多能个力方强向的力 接近觉（：4对）重工量作轻对，象体的积非小，接安触装探方测便可靠 视觉：（识5别）价工格作便对宜象
机器人技术第九章控制系统
模糊控制器通过将输入的精确值模糊化，将模糊化的输入与模糊规则进行匹配，然后进行模糊推理得到模糊输出 值，最后将模糊输出值清晰化得到精确的输出值。模糊控制能够处理不确定性和非线性问题，适用于复杂的机器 人系统。
03
传感器与感知系统
传感器类型与原理
光电传感器
利用光电效应，通过光信号的 转换来检测目标物体的存在和
机器人技术第九章-控制系统
• 控制系统概述 • 机器人控制策略 • 传感器与感知系统 • 运动规划与轨迹生成 • 控制系统的实现与优化 • 机器人控制系统实例
01
控制系统概述
控制系统的定义与重要性
定义
控制系统是指通过接收输入信号，经过处理后输出控制信号，以实现对被控对 象的控制。在机器人技术中，控制系统是实现机器人自主运动和操作的核心部 分。
详细描述
通过给定机器人末端执行器的速度和加速度，速度控制器会 计算出需要施加在机器人关节上的力矩，以使机器人按照设 定的速度和加速度进行运动。速度控制可以更好地应对外部 干扰和减小超调。
力控制
总结词
力控制是在位置控制的基础上引入力反馈，使机器人在运动过程中能够根据外部环境调整施加的力。
详细描述
通过传感器检测机器人末端执行器与环境之间的相互作用力，力控制器会调整关节力矩，以保持恒定 的力或避免与环境发生碰撞。力控制对于人机交互和机器人操作任务非常重要。
传感器融合的方法
常用的传感器融合方法包括加权平均法、卡尔曼滤波器、贝叶斯网络等， 这些方法能够将不同传感器的数据进行有效整合，提供更准确的环境信 息。
传感器融合的优势
传感器融合技术可以提高机器人的环境感知能力，降低单一传感器的误 差，增强机器人的稳定性和可靠性。同时，通过多传感器信息的融合， 还可以提高机器人的自主性和智能化水平。
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PCX/DSP 带A/D控制卡 ➢1,2,3,4,5,6,7,8轴; ➢脉冲和模拟输出; ➢带有8通道A/D输入;; ➢可接模拟杆和模拟位置反馈; ➢44位数字I/O
Hale Waihona Puke 10 哈尔滨工业大学 机电工程学院
运动控制器产品：
➢美国 PMAC ➢英国 Trio ➢中国 固高(GT)
11 哈尔滨工业大学 机电工程学院
Rm , Lm 电枢回路电阻与电感；
im , vm -电枢回路电流与电压；
qm,m 电枢角位移与转速；
Jm , fm 电动机转子转动惯量及粘滞摩擦系数；
Tm , km 电动机转矩及转矩常数；
ke 电动机电势常数；
qc ,c 负载角位移和转速；
h qm /qc 减速比；
Jc , fc 负载转动惯量和负载粘滞摩擦系数；
m
Js F
1 m
s
励磁控制直流电动机带负载时的开环方框图
m (s)
km
Vf (s) s(rf l f s)( Js F )
km g
1
rf F s(1 l f s)(1 J s)
rf
F
k0
s(1 es)(1 ms)
17
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磁场控制直流电动机传递函数：
e ：电气时间常数 m ：机械时间常数 e m
q(t) (q1(t), q2 (t), , qn (t))T q&(t) (q&1(t), q&2 (t), , q&n (t))T q&&(t) (q&&1(t), q&&2 (t), , q&&n (t))T
3 哈尔滨工业大学 机电工程学院
机器人控制时，要求操作机各关节按所规划的轨迹运动。而 控制系统中的驱动器是由力矩指令驱动关节运动的：
kc 负载返回系数。
14
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磁场控制直流电动机传递函数：
vf
rf if
lf
di f dt
Tm kmi f
Tm
J
d 2qm
dt 2
F
dqm
dt
Kqm
Vf (s) (rf l f s)I f (s) Tm (s) km I f (s) Tm (s) (Js2 Fs K )m (s)
e& q&d q&
e qd q
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如果把机器人控制看作路径—轨迹追踪问题，其运动控制便 可分为四大类：
(1) 关节运功控制 关节伺服控制(如PUMA机器人控制方法)、 计算力矩方
法、最短时间控制、可变结构控制、非线性解耦控制； (2) 分解运动控制(笛卡尔空间控制)
全平移的。
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图示为具有减速齿轮和旋转负载的直流电动机工作原理图。
Rm
Lm
vm
(Jm, fm, km)
ia
减速器 负载
ωm qm
hqm/qc
(Jc, fc, kc)
rf
vf
lf if
ωc
qc
13
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伺服电动机的参数规定如下：
rf , l f 励磁回路电阻与电感； i f ,v f 励磁回路电流与电压；
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磁场控制直流电动机传递函数：
J
Jm
Jc
h2
F
fm
fc
h2
K kc h 2
分别表示传动系统对传动轴的总转动惯量，总粘滞摩 擦系数、总反馈系数。通常假设：K=0。
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磁场控制直流电动机传递函数：
Vf
1
If
rf l f s
km
Tm 1
9.3 单关节位置控制
关节控制具有多种形式，包括非伺服控制、伺服控制、位置 和速度反馈控制、力（力矩）控制、基于传感器的控制、非线 性控制、……。
9.3.1 直流传动系统建模
在设计模型时，提出下列两个假设： (1) 机器人的各杆件是理想刚体，因而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，或为完全旋转的，或是完
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PUMA-562机器人控制系统原理图
上位机 控制器 驱动器
7 哈尔滨工业大学 机电工程学院
PUMA-562机器人下位机(控制器)系统框图
8 哈尔滨工业大学 机电工程学院
轮足复合式机器人控制系统
9 哈尔滨工业大学 机电工程学院
机器人运动控制器(卡)
LC/DSP 低成本多轴控制卡 ➢1,2,3,4轴; ➢脉冲输出频率0至375KHZ; ➢模拟输出±10V; ➢16位D/A; ➢20位数字I/O. ➢单端和差动式编码器输入
(t) D(qd (t))q&&d (t) h(qd (t), q&d (t)) G(qd (t))
实际上，动力学模型不可能绝对准确，而且系统中还存在干 扰和噪声。因此，开环控制策略是不适用的。通常采用关节传 感器构成闭环反馈控制。
qd
轨迹 q&d 控制/
生成 q&&d 驱动
执行 q
系统 q&
第九章 机器人控制系统
内容概要：
➢§9.1 概述 ➢§9.2 机器人控制系统硬件配置及结构 ➢§9.3 单关节位置控制 ➢§9.4 多关节机器人控制 ➢§9.5 机器人的力控制 ➢§9.6 移动机器人控制 ➢§9.7 思考题
1 哈尔滨工业大学 机电工程学院
第九章 机器人控制系统
9.1 概述
一般地说，机器人控制问题分为下面两部分：(1)求得机器 人的动态模型；(2)利用这些模型确定控制规律或策略，以达 到所需的系统响应和性能。控制问题的第一部分已在动力学 中详细论述，这里将讨论控制问题的第二部分。
人机接口
控制系统
操作者
内部传感器
计算机硬件及软件
（任务规划，轨迹规划）
控制器
驱动器
机器人系统
外部传感器
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执行器
环境
2
机器人动力学方程回顾：
(t) D(q(t))q&&(t) h(q(t), q&(t)) G(q(t))
(t) (1(t), 2 (t), , n (t))T
m (s) k0
Vf (s) s(1 ms)
m (S ) k0
Vf (s) (1 ms)
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电枢控制直流电动机传递函数：
分解运动速度控制、分解运动加速度控制、分解运动力 的控制。 (3) 自适应控制
模型参照自适应控制、自调整自适应控制、有前馈补偿 的自适应扰动控制、分解运动自适应控制； (4) 智能控制
递阶控制、模糊控制、神经网络控制等。
5
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9.2 机器人控制系统硬件配置及结构
PUMA机器人