第5章机器人控制系统PPT课件
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《机器人控制》PPT课件
同样可得活塞位移X与配油器输入信号（位移误 差信号）U间的关系为：
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29
5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例 2．电一液压伺服控制系统
据式（5.5）、（5.6）和图5.4可得系统的传递 函数:
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30
5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例 2．电一液压伺服控制系统 当采用力矩电动机作为位移给定元件时
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43
5.2 机器人的位置控制
机器人为连杆式机械手，其动态特性具有高度的非线性。 要控制这种由马达驱动的操作机器人，用适当的数学方 程式来表示其运动是十分重要的。这种数学表达式就是 数学模型，或简称模型。控制机器人运动的计算机，运 用这种数学模型来预测和控制将要进行的运动过程。
式中，1很小而又可以忽略时
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31
5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例
3．滑阀控制液压传动系统 图5．5表示出一个简单的滑阀控制液压传动系统 的结构框图。其中所用的控制阀为四通滑阀。
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32
5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例 3．滑阀控制液压传动系统
5.1.2伺服控制系统举例
3．滑阀控制液压传动系统
式中，c＝k1n为闭环系统的自然角振荡频率；
c k1 为闭环系统的阻尼系数：2 1 为k1闭环系统
的第二时间常数；另一时间常数为1。
式（5.25）即为所求闭环系统的传递函数。从此式 可见，此闭环系统为一等价三阶系统。我们往往把 它简化为一个一阶环节与一个二阶环节串联的系统。 这样，便于对系统进行分析与研究。
13
PID控制器参数整定的一般规律
工业机器人编程技术--课件----第5章---熟悉ROBOGUIDE安装与基本功能
时的各时间节点。 Close Hand： 打开或闭合机器人手爪。 Restart Controller：重启控制系统，包括冷启动、控制启
动和初始化启动。 Turn On/Off Controller：打开/关闭机器人控制系统。 Launch MotionPRO...： 启动 MotionPRO。 Robot Properties：对机器人属性进行设置，也可以双击
2.1 任务三：认识ROBOGUIDE界面
4、元素菜单
Add Robot：添加机器人或添加与工作站中相同类型的 机器人。
Add Machine 至 Add Vision Sensor Unit：添加各种外部 设备的模型来构建仿真工作站场景，包括运动机械、工 装台、工件外围设备以及视觉传感器单元等。
制视频的 Logo 进行设置。
2.1 任务三：认识ROBOGUIDE界面
5、机器人菜单
Teach Pendant： 打开虚拟TP示教。 Lock Teach Tool Selection： 锁定一种示教工具。 Move To Retry： 移动到所选位置点。 Show Work Envelope： 显示机器人的工作范围。 Show Joint Jog Tool： 显示/隐藏机器人关节调节工具。 Alarms：显示机器人的所有程序报警信息。 Program Timer：程序时间器，记录整个工作站仿真动作
俯视图、右视图、左视图、前视图、后视图，第六个选项 Isometric表示的是在工作站中的固定三维空间视角。 Center on Selected Object： 选定目标对象置于显示中心。 Full View：工作站全景视角，可以观察到整个工作站。 Wire-frame：所有对象以线框显示。 Perspective：将三维视图切换到透视视图。 Camera View：切换相机视角，如果添加了多个相机，可在 不同相机视角之间切换。 Program Node Map：程序运动节点图显示选项。 Quick Bars：对机器人运动和仿真操作的快捷指令。 Mouse Commands：显示或隐藏鼠标快捷键提示窗口。
动和初始化启动。 Turn On/Off Controller：打开/关闭机器人控制系统。 Launch MotionPRO...： 启动 MotionPRO。 Robot Properties：对机器人属性进行设置，也可以双击
2.1 任务三：认识ROBOGUIDE界面
4、元素菜单
Add Robot：添加机器人或添加与工作站中相同类型的 机器人。
Add Machine 至 Add Vision Sensor Unit：添加各种外部 设备的模型来构建仿真工作站场景，包括运动机械、工 装台、工件外围设备以及视觉传感器单元等。
制视频的 Logo 进行设置。
2.1 任务三：认识ROBOGUIDE界面
5、机器人菜单
Teach Pendant： 打开虚拟TP示教。 Lock Teach Tool Selection： 锁定一种示教工具。 Move To Retry： 移动到所选位置点。 Show Work Envelope： 显示机器人的工作范围。 Show Joint Jog Tool： 显示/隐藏机器人关节调节工具。 Alarms：显示机器人的所有程序报警信息。 Program Timer：程序时间器，记录整个工作站仿真动作
俯视图、右视图、左视图、前视图、后视图，第六个选项 Isometric表示的是在工作站中的固定三维空间视角。 Center on Selected Object： 选定目标对象置于显示中心。 Full View：工作站全景视角，可以观察到整个工作站。 Wire-frame：所有对象以线框显示。 Perspective：将三维视图切换到透视视图。 Camera View：切换相机视角，如果添加了多个相机，可在 不同相机视角之间切换。 Program Node Map：程序运动节点图显示选项。 Quick Bars：对机器人运动和仿真操作的快捷指令。 Mouse Commands：显示或隐藏鼠标快捷键提示窗口。
《机器人的控制系统》课件
自主导航
通过路径规划和导航算法，实现无人机的自主飞行和自动巡航。
THANKS
功能
机器人控制系统的主要功能包括感知 、决策、执行和反馈，使机器人能够 自主或半自主地完成复杂任务。
机器人控制系统的组成与分类
组成
机器人控制系统通常由感知系统、决策系统、执行系统和反馈系统等组成。
分类
根据控制方式和结构，机器人控制系统可分为集中式、分布式和混合式控制系 统。
机器人控制系统的历史与发展
历史
机器人控制系统的发展可以追溯到20世纪50年代，随着计算 机技术、传感器技术和算法的发展，机器人控制系统的性能 和功能不断得到提升。
发展
未来机器人控制系统的发展将更加注重智能化、自主化和协 同化，同时随着技术的进步，机器人控制系统将更加广泛地 应用于各个领域。
02
机器人感知系统
感知系统的组成与功能
《机器人的控制系统》ppt课件
$number {01}
目录
• 机器人控制系统概述 • 机器人感知系统 • 机器人运动控制系统 • 机器人智能决策系统 • 机器人控制系统实例分析
01
机器人控制系统概述
机器人控制系统的定义与功能
定义
机器人控制系统是用于指导机器人完 成预设任务的一系列软硬件设备和算 法。
组成
智能决策系统由感知、决策和执行三个部分 组成。感知部分负责收集环境信息，决策部 分根据感知信息进行决策，执行部分则根据 决策结果控制机器人行动。
功能
智能决策系统的主要功能是使机器人能够自 主地适应环境变化，进行有效的任务规划和 行动决策，提高机器人的自主性和智能化水 平。
决策算法与实现
决策算法
感知系统的组成
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总结词
人机交互技术是实现人与机器人之间有 效沟通的重要手段。
VS
详细描述
人机交互技术涉及机器人的语音识别、自 然语言处理、手势识别和视觉识别等技术 。通过人机交互技术，机器人可以理解人 类的指令和需求，并作出相应的响应。这 有助于提高机器人的可用性和用户体验， 使其更好地适应人类生活和工作。
PART 03
PART 05
机器人控制系统的实例分 析
工业机器人的实例分析
01
02
03
工业机器人概述
工业机器人是一种自动化 设备，可以在生产线上执 行重复性任务，提高生产 效率和产品质量。
工业机器人应用
工业机器人在汽车制造、 电子制造、物流等领域广 泛应用，例如焊接、装配 、搬运等。
工业机器人实例
ABB、KUKA、FANUC等 是全球知名的工业机器人 品牌，其产品在制造业中 广泛应用。
功能
机器人控制系统具有多种功能，包括感知、决策、执行、学习等，这些功能共 同协作，使机器人能够完成各种复杂的任务。
机器人控制系统的基本组成
感知模块
负责接收来自传感器和 其他输入设备的信息， 以便了解机器人周围的
环境和状态。
决策模块
根据感知模块提供的信 息，进行决策和规划， 确定机器人的行动方案
。
执行模块
安全与隐私保护
总结词
随着机器人应用的普及，安全与隐私保护成为机器人控 制系统面临的一个重要挑战。
详细描述
在机器人控制系统中，安全与隐私保护涉及到多个方面 ，如数据加密、访问控制、防止黑客攻击等。为了确保 机器人的安全和用户的隐私，需要采取一系列的安全措 施和技术手段，如加密通信、身份验证和访问控制等。 同时，还需要加强安全监管和管理，制定相关的法律法 规和技术标准，规范机器人的研发、生产和应用。
《机器人的控制系统》PPT课件
完整的传感器组成：包括敏感元件、转换元件、基本转 换电路三部分。 A、敏感元件和转换元件的功能：将某种不便测量的物 理量转换为易于测量的物理量，构成传感器的结构部分
B、基本转换电路：将敏感元件产生的易测量小信号进 行变换，使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求 (如4～20mA、–5～5V)。
(5.9)
机器人杆件某点的力与用力和力矩传感 器测出的8个应变的关系为
(5.10)
W1
Fx 0
Fy
k21
F
MFzx
0 0
M
y
0
Mz k61
0 0 k32 0 k52 0
k13 0 0 0 0 k63
0 0 k34 k44 0 0
0 k25 0 0 0 k650 0 k36 0 k5 0编辑ppt18
第5章 机器人的控制系统 5.1 机器人传感器
图5.6 机器人速度伺服控制系统
测速发电机线性度好，灵敏度高，输出信号强 ，目前检测范围一般为20～40 r/min，精度为 0.2 %～0.5 %。
编辑ppt
19
第5章 机器人的控制系统 5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
图5.3 绝对式编码器码盘
编辑ppt
12
第5章 机器人的控制系统
5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
表5.1 循环码(格雷码)与二进制码及真值表
真值 0 1 2 3 4 5 6 7
格雷码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100
度 ，则编码器在该时间内的平均转速为
(5.8)
B、基本转换电路：将敏感元件产生的易测量小信号进 行变换，使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求 (如4～20mA、–5～5V)。
(5.9)
机器人杆件某点的力与用力和力矩传感 器测出的8个应变的关系为
(5.10)
W1
Fx 0
Fy
k21
F
MFzx
0 0
M
y
0
Mz k61
0 0 k32 0 k52 0
k13 0 0 0 0 k63
0 0 k34 k44 0 0
0 k25 0 0 0 k650 0 k36 0 k5 0编辑ppt18
第5章 机器人的控制系统 5.1 机器人传感器
图5.6 机器人速度伺服控制系统
测速发电机线性度好，灵敏度高，输出信号强 ，目前检测范围一般为20～40 r/min，精度为 0.2 %～0.5 %。
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19
第5章 机器人的控制系统 5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
图5.3 绝对式编码器码盘
编辑ppt
12
第5章 机器人的控制系统
5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
表5.1 循环码(格雷码)与二进制码及真值表
真值 0 1 2 3 4 5 6 7
格雷码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100
度 ，则编码器在该时间内的平均转速为
(5.8)
第5章 机器人的控制系统
2．从使用的角度：
多轴运动的协调控制，以产生要求的工作轨迹： 机器人的手部的运动是所有关节运动的合成 运动，要使手部按照规定的规律运动，就必 须很好地控制各关节协调动作。 较高的位置精度，很大的调速范围： 除直角坐标式机器人外，机器人关节上的位 置检测元件通常安装在各自的驱动轴上，构 成位置半闭环系统。机器人以极低的作业速 度工作；空行程时，又能以极高的速度移动。 系统的静差率要小：即要求系统具有较好的刚性。 位置无超调，动态响应快：避免与工件发生碰撞， 在保证系统适当响应能力的前提下增加系统的阻 尼。 需采用加减速控制：为了增加机器人运动平稳性， 运动启停时应有加减速装置。
二、机器人控制方式分类：
机器人位置控制：
定位控制方式：固定位置方式，多点位置方式，伺 服控制方式 。 路径控制方式 ：连续轨迹控制 ，点到点控制 。 速度控制方式，加速度控制方式。 固定力控制，可变力控制。
机器人速度控制：
机器人力控制：
三、 机器人的传感器
传感器是一种以一定精度将被测量(如位移、力、加速度、 温度等)转换为与之有确定对应关系、易于精确处理和测量 的某种物理量 (如电量 )的测量部件或装置。根据一般传感 器在系统中所发挥的作用，完整的传感器应包括敏感元件、 转换元件、基本转换电路三部分。敏感元件的基本功能是 将某种不便测量的物理量转换为易于测量的物理量，转换 元件与敏感元件一起构成传感器的结构部分，而基本转换 电路是将敏感元件产生的易测量小信号进行变换，使传感 器的信号输出符合具体工业系统的要求 ( 如 4 ～ 20mA 、 – 5～5V)。 给机器人装备什么样的传感器，对这些传感器有什么要求， 这是设计机器人感觉系统时遇到的首要问题。选择机器人 传感器应当完全取决于机器人的工作需要和应用特点。
《机器人的控制系统》课件
应用领域
了解机器人控制系统在工业自动化、医疗护理、农业与食品加工等领域的广泛应用。
机器人的控制系统技术
传感器技术
探索机器人控制系统中的传感器 技术，如摄像头、激光雷达和力 觉传感器。
数据处理与算法
研究机器人控制系统中的数据处 理和算法，以实现高效、准确的 决策与规划。
控制器设计与实现
了解机器人控制系统中的控制器 设计和实现原理，包括硬件架构 和软件编程。
探讨人机协作和智能感知在机器人控制系统中的发展和应用前景。
2 自主决策与深度学习
研究自主决策和深度学习技术对机器人控制系统的影响和潜在机会。
3 安全性与可靠性
考虑机器人控制系统的安全性和可靠性问题，以建立安全且可信赖的机器人系统。
机器人的控制系统发展
感谢大家参与本《机器人的控制系统》PPT课件。希望通过本课程的学习，您 能够深入了解机器人控制系统的技术和应用，为未来的机器人发展做出贡献。
《机器人的控制系统》 PPT课件
欢迎大家来到《机器人的控制系统》PPT课件。在本课程中，我们将深入研究 机器人控制系统的关键概念、技术和应用领域，并探讨未来的挑战和趋势。
机器人的控制系统概述
系统组成
了解机器人控制系统的基本组成，包括感知与数据采集、决策与规划、执行与控制。
技术要点
掌握机器人控制系统的关键技术，如传感器技术、数据处理与算法、控制器设计与实现。
机器人控制系统的应用领域
Байду номын сангаас
1
工业自动化
探索机器人控制系统在自动化生产线上的应用，提高生产效率和产品质量。
2
医疗护理
了解机器人控制系统在医疗领域的应用，如手术机器人和辅助护理机器人。
了解机器人控制系统在工业自动化、医疗护理、农业与食品加工等领域的广泛应用。
机器人的控制系统技术
传感器技术
探索机器人控制系统中的传感器 技术，如摄像头、激光雷达和力 觉传感器。
数据处理与算法
研究机器人控制系统中的数据处 理和算法，以实现高效、准确的 决策与规划。
控制器设计与实现
了解机器人控制系统中的控制器 设计和实现原理，包括硬件架构 和软件编程。
探讨人机协作和智能感知在机器人控制系统中的发展和应用前景。
2 自主决策与深度学习
研究自主决策和深度学习技术对机器人控制系统的影响和潜在机会。
3 安全性与可靠性
考虑机器人控制系统的安全性和可靠性问题，以建立安全且可信赖的机器人系统。
机器人的控制系统发展
感谢大家参与本《机器人的控制系统》PPT课件。希望通过本课程的学习，您 能够深入了解机器人控制系统的技术和应用，为未来的机器人发展做出贡献。
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欢迎大家来到《机器人的控制系统》PPT课件。在本课程中，我们将深入研究 机器人控制系统的关键概念、技术和应用领域，并探讨未来的挑战和趋势。
机器人的控制系统概述
系统组成
了解机器人控制系统的基本组成，包括感知与数据采集、决策与规划、执行与控制。
技术要点
掌握机器人控制系统的关键技术，如传感器技术、数据处理与算法、控制器设计与实现。
机器人控制系统的应用领域
Байду номын сангаас
1
工业自动化
探索机器人控制系统在自动化生产线上的应用，提高生产效率和产品质量。
2
医疗护理
了解机器人控制系统在医疗领域的应用，如手术机器人和辅助护理机器人。
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
第5章-机器人控制
5.4 机器人的智能控制
–4.遗传算法
•遗传算法（Genetic Algorithm）是模拟达尔文生物进 化论的自然选择和遗传学机理的生物进化过程的计算模 型，是一种通过模拟自然进化过程搜索最优解的方法。 •主要特点：直接对结构对象进行操作，不存在求导和函 数连续性的限定；具有内在的隐并行性和更好的全局寻 优能力；采用概率化的寻优方法，能自动获取和指导优 化的搜索空间，自适应地调整搜索方向，不需要确定的 规则。
k0
Vf s s 1es1ms
电气时间常数
机械时间常数
m s Vf s
s
k0
1 m s
5.2 机器人的位置控制
–因为转子转速ω=dθm/dt，所以：
m s Vf s
k0
s 1ms
m s Vf s
k0
1ms
–电枢控制直流电动机的传递函数：
S
1
22
S
2
S2
22
1
5.2 机器人的位置控制
机器人为串续连杆式机械手，其动态特性具有高 度的非线性。控制这种由马达驱动的操作机器 人，用适当的数学方程式来表示其运动是十分重 要的。这种数学表达式就是数学模型，或简称模 型。控制机器人运动的计算机，运用这种数学模 型来预测和控制将要进行的运动过程。
–3. 主要控制层次
•（3）伺服系统级 •解决机器人的一般实际问题。主要包括伺服电机的控 制、液压缸伺服控制、电-液伺服控制等。
5.1 机器人的基本控制原则
–液压缸伺服传动系统
•作为液压传动系统的动力元件， 能够省去中间动力减速器，从而消 除齿隙和磨损问题。 •结构简单、比较便宜，在工业机 器人机械手的往复运动装置和旋转 运动装置上都获得了广泛应用。
机器人概论 第3版 PPT课件第5章 第3节
第5章 工业机器人控制技术
5.3 机器人编程
5.3.4 动作级语言
（４）坐标系(FRAME ) 。 FRAME型坐标系变量用来建立坐标系，以描述作业空间中对象物
体的姿态和位置，变量的值表示物体的固联坐标系与作业空间的参考 坐标系之间的相对位置关系和姿态关系。作业空间的参考坐标系在AL 语言中已顶先用Station定义。作业空间中任何一坐标系可通过调用 函数FRAME来构成。该函数有两个参数：一个表示姿态的旋转，另 一个表示位置的向量。
第5章 工业机器人控制技术
5.3 机器人编程
5.3.4 动作级语言
（5）变换(TRANS) TRANS型变量用来进行坐标变换，与FRAME一样仅有旋转和向
量两个参数。在执行时，先相对于作业空间的基座坐标系旋转然后对 向量参数相加，进行平移操作。
AL语言中有一个预先说明的变换niltrans，定义为: niltrans←TRANS( nilrot，nilvect);
程序中的变量名以英文字母开头，由字母、数字和横划线“_”组 成的字符串，如Puma_base, BEAR , Bolt，大小写字母具有同等 意义。但变量必须在使用前说明其数据类型。
变量可以用赋位语句进行赋值。变量与数值表达式用“←”符号 来连接。当执行赋值语句时，先计算表达式的值，然后将该值赋值 给左边的变量。
符号“ ”可用在语句中，表示当前位置，如：
MOVE barm TO -2﹡zhat﹡inches; 该指令表示机械手从当前位置向下移动2in。由此可以看出，基本的 MOVE语句具有如下形式： MOVE <机械手> TO <目的地> <修饰子句> ； 例如 MOVE barm TO < destination > VIA f1 f2 f3 表示机械手经过中间 点 f1、 f2、 f3移动到目标坐标系 < destination > 。 MOVE barm TO block WITH APPROCH=3﹡zhat﹡inches表示把机 械手移动到在z轴方向上离block 3in的地方；如果DEPARTURE 代替 APPROACH，则表示离开block。关于接近/退避点可以用设定坐标系的 一个矢量来表示，如： WITH APPROACH = < 表达式 > ； WITH DEPARTURE=< 表达式 > ；
第五章机器人轨迹追踪控制20191214-PPT精品文档
本章主要内容：
●PD控制及稳定性？ ●动态控制
●前馈控制
●前馈+反馈控制 ●计算力矩法
●加速度分解法
●实验结果
哈工大 机械设计系
5.1 位置/轨迹控制
位置/轨迹控制为机器人最基本的控制目标。 本节内容：(1) 位置/轨迹控制的基本理论 (2) 以SICE-DD机器人的控制实际。
5.1.1 PD控制及其稳定性
哈工大 机械设计系
5.2.2前馈动态控制器的构成
τ = M ( q ) q + C ( q , q ) + B q + D ( q ) + g ( q ) ( 5 . 8 )
逆动力学问题是基于参数推定值推定实现给定运动所需的力矩。其解可以表 示为：
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ τ ( q , q , q ) = M ( q ) q + C ( q , q ) + B q + D ( q ) + g ( q ) ( 5 . 9 ) ID
哈工大 机械设计系
5.1.3 SICE-DD机器人 臂的实验
( τ = K ( q q )K q 5 . 5 ) p r v
K diag ( K ,K ) p= p 1 p 2 K diag ( K ,K ) v= v 1 v 2
( 5 . 6 ) ( 5 . 7 )
采样时间为3ms
Fig.5.2
( 5 . 2 )
(5式
哈工大 机械设计系
Fig.5.1 PD控制系统框图
PD控制方式的特点——对各关节独立地使用PD这种线 性反馈控制律可以保证渐进稳定性，且控制器容易设 计，在工业机器人控制中广为采用。
哈工大 机械设计系
●PD控制及稳定性？ ●动态控制
●前馈控制
●前馈+反馈控制 ●计算力矩法
●加速度分解法
●实验结果
哈工大 机械设计系
5.1 位置/轨迹控制
位置/轨迹控制为机器人最基本的控制目标。 本节内容：(1) 位置/轨迹控制的基本理论 (2) 以SICE-DD机器人的控制实际。
5.1.1 PD控制及其稳定性
哈工大 机械设计系
5.2.2前馈动态控制器的构成
τ = M ( q ) q + C ( q , q ) + B q + D ( q ) + g ( q ) ( 5 . 8 )
逆动力学问题是基于参数推定值推定实现给定运动所需的力矩。其解可以表 示为：
ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ τ ( q , q , q ) = M ( q ) q + C ( q , q ) + B q + D ( q ) + g ( q ) ( 5 . 9 ) ID
哈工大 机械设计系
5.1.3 SICE-DD机器人 臂的实验
( τ = K ( q q )K q 5 . 5 ) p r v
K diag ( K ,K ) p= p 1 p 2 K diag ( K ,K ) v= v 1 v 2
( 5 . 6 ) ( 5 . 7 )
采样时间为3ms
Fig.5.2
( 5 . 2 )
(5式
哈工大 机械设计系
Fig.5.1 PD控制系统框图
PD控制方式的特点——对各关节独立地使用PD这种线 性反馈控制律可以保证渐进稳定性，且控制器容易设 计，在工业机器人控制中广为采用。
哈工大 机械设计系
《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。
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。
工业机器人技术(郭洪红)第5章.pptx
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。
第5章 工业机器人控制 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。
第5章 工业机器人控制
2. 示教编程方式
1)
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。
第5章 工业机器人控制
第5章 工业机器人控制
5.1 工业机器人控制系统的特点 5.2 工业机器人控制系统的主要功能 5.3 工业机器人的控制方式 5.4 电动机的控制 5.5 机械系统的控制 习题
第5章 工业机器人控制
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:
第5章 工业机器人控制 图 5.1 示教数据的编辑机能
第5章 工业机器人控制 图 5.2 CP控制示教举例
第5章 工业机器人控制 2)
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。
第5章 工业机器人控制 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。
第5章 工业机器人控制
2. 示教编程方式
1)
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。
第5章 工业机器人控制
第5章 工业机器人控制
5.1 工业机器人控制系统的特点 5.2 工业机器人控制系统的主要功能 5.3 工业机器人的控制方式 5.4 电动机的控制 5.5 机械系统的控制 习题
第5章 工业机器人控制
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:
第5章 工业机器人控制 图 5.1 示教数据的编辑机能
第5章 工业机器人控制 图 5.2 CP控制示教举例
第5章 工业机器人控制 2)
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。
第5章 工业机器人PLC控制[优质ppt]
![第5章 工业机器人PLC控制[优质ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/2f12e99df524ccbff1218443.png)
典型的如PLC和计算机数控装置(CNC)组合成一
体，构成先进的数控机床。
5.1 可编程序逻辑控制器概要
❖（4）数据处理 ❖现代PLC都具有不同程度的数据处理功能，能够 完成数学运算（函数运算、矩阵运算、逻辑运算）、 数据的移位、比较、传递、数值的转换和查表等操 作，对数捃进行采集、分析和处理。数据处理通常 用在大、中型控制系统中，如柔性制造系统、机器 人的控制系统等。
下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，
用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计
数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟
的输入(I)和输出(O)接口，控制各种类型的机械 设备或生产过程。”
5.1 可编程序逻辑控制器概要
❖ 该定义强调了可编程控制器是“数字运算操作 的电子系统”，是一种计算机。它是“专为工业环 境下应用而设计”的工业计算机，是一种用程序改 变控制功能的设备，该种设备采用“面向用户的指 令”，因此编程方便，可完成逻辑运算、顺序控制、 定时计数和数学运算操作，还具有数字量与模拟量 的输入输出能力。
❖ 概括起来，PLC的应用主要有以下5个方面。
5.1 可编程序逻辑控制器概要
❖ （1）开关量控制
❖ 这是PLC最基本的应用领域，可用PLC取代传统 的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。 在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都 有很多成功的应用实例。如机床电气控制、起重 机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机的控 制、电梯的控制、饮料灌装生产线、家用电器 （电视机、冰箱、洗衣机等）自动装配线的控制、 汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线的控制等。
❖ 可编程控制器是应用面广、功能强大、使用方 便的通用工业控制设备，已经成为当代工业自动化 的主要支柱之一。
《机器人控制系统》课件
2 封闭式控制系统
独立运行且对外部输入不敏感的控制系统， 通常用于自动化生产线。
机器人控制系统的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作原理
1
信号采集
传感器感知环境并将相关信号转化为数字或模拟信号。
2
信号处理
控制器对采集到的信号进行处理和分析，得出机器人需要采取的行动。
3
控制指令发送
控制器向执行器发送控制指令，指示机器人进行相应的动作和任务。
机器人控制系统的组成
传感器
用于感知机器人周围环境的 设备，如视觉传感器、力传 感器等。
控制器
负责接收和处理传感器信号， 并发出控制指令的中央处理 单元。
执行器
根据控制器发送的指令，驱 动机器人执行相应的动作和 任务的设备。
机器人控制系统的分类
1 开放式控制系统
允许通过外部输入对机器人进行干预和调整 的控制系统。
《机器人控制系统》PPT 课件
机器人控制系统是现代科技的重要组成部分。本课程介绍了机器人控制系统 的基本原理和应用，帮助您了解机器人控制系统在工业、物流、医疗和安防 等领域的重要性。
机器人控制系统简介
机器人控制系统是指用于控制机器人运动和行为的一系列技术和设备。在本节中，我们将介绍机器人控制系统 的基本概念和重要性。
安防监控
机器人控制系统在巡 逻、监控和警报等方 面增强安全防范能力。
机器人控制系统的未来展望
1 人工智能技术的发展与应用
机器学习和深度学习等人工智能技术将进一步提升机器人控制系统的智能化和自主性。
2 机器人控制系统的发展趋势
模块化、灵活性和可扩展性是未来机器人控制系统发展的关键方向。
结论
机器人控制系统在工业、物流、医疗和安防等领域具有重要的应用价值，对 未来社会的发展和进步起着关键作用。
《机器人控制系统》PPT课件
设单位时间（ t0 ）计一个数，则通电时间t1计数N1= t1 / t0 ， 断电时间t2计数N2= t2 / t0 ，在脉冲输出端，输出高 电平计数N1，输出低电平计数N2，并让输出端如此循环 输出即可。
2、硬件计数法
用硬件计数器计数，分别输出高电平和低电平，也如此
2021循/3/2环6 输出即可。
（2）AA' 磁场继续对1、3齿有拉力。
所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA'
2通021/电3/26，转子转了15°。
60
B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。
A
B'
C'
C
B
A'
总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称 为三相六拍，步距角为15。
2021/3/26
61
三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。
2021/3/26
38
锂电池:体积小 寿命长,放电平 稳
2021/3/26
电池
铅酸电池:体 积大,放电不 平稳
镍氢电池:体积较 小小,寿命较长,放 电平稳
39
开关电源:体积 小效率高
2021/3/26
电源
模块电源:体积 小,电压稳
普通电源:体积 大,效率低
40
第二讲机器人控制系统的相关技术 简介
机理：
步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。
特点： (1)给一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变转动方向。
2021/3/26
52
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而是力(力矩)信号，因此，系统中有力(力矩)传感器。
11
5.3 工业机器人的位置控制
工业机器人位置控制的目的，就是要使机器人各关节实现预先所规划的 运动，最终保证工业机器人终端(手爪)沿预定的轨迹运行。
下图所示表示机器人本身、控制器和轨迹规划器之间的关系。图中的轨 迹规划器由监督计算机来完成，控制器则由模拟调节器或DDC计算机来完成。
4
典型的微机控制系统框图如图所示。图中的输入量一般由程序给定，也 可以由输入装置给定。
典型的微机控制系统图
5
微机控制系统的输入通道
微机控制系统的输出通道
6
在工业机器人控制中，进行轨迹规划等需要完成大量的计算工作， 因此，一般采用监督控制系统（SCC——Supervisory Computer Control）。其组成如图所示
第5章 机器人控制系统
❖5.1 控制系统概述 ❖5.2 工业机器人控制的分类 ❖5.3 工业机器人的位置控制 ❖5.4 工业机器人运动轨迹控制 ❖5.5 智能控制技术
1
5.1 控制系统概述
机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要 因素。工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空 间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。
No Image
工业机器人接受控制器发出的关节驱动力矩矢量，装于机器人各关节上的 传感器测出关节位置矢量和关节速度矢量，再反馈到控制器上，因此，工业机 器人每个关节的控制系统都是一个闭环控制系统。
12
5.4 工业机器人的运动轨迹控制
路径和轨迹规划与受到控制的机器人从一个位置移动到另一
个位置的方法有关。路径和轨迹规划既要用到机器人的动力学
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，
9
5.2.1 位置控制方式
工业机器人位置控制分为点位控制（如图a）和连续轨迹控制（如图b）两类。
(1) 点位控制 这类控制的特点是仅控制离散点上工业机器人末端执行器的位姿，要求尽快而
无超调地实现相邻点之间的运动，但对相邻点之间的运动轨迹一般不作具体规定。 (2) 连续轨迹控制 这类运动控制的特点是连续控制工业机器人末端执行器的位姿，使某点按规定
3
5.1.3 机器人控制的关键技术
1. 关键技术
(1) 开放性模块化的控制系统体系结构 (2) 模块化层次化的控制器软件系统 (3) 机器人的故障诊断与安全维护技术 (4) 网络化机器人控制器技术
2. 机器人示教
(1) 直接示教 手把手示教，由人直接搬动机器人的手臂对机器人进行示教， 如示教盒示教或操作杆示教等。 (2) 离线示教 不对实际作业的机器人直接进行示教，而是脱离实际作业环境 生成示教数据，间接地对机器人进行示教。
又要用到运动学。
轨迹规划方法一般是在机器人初始位置和目标位置之间用多
项式函数来“逼近”给定的路径，并产生一系列“控制设定
点”。
路径端点一般是在笛卡尔坐标中给出的，如果需要某些位置
的关节坐标，则可调用运动学的逆问题求解程序，进行必要的
转换。
轨迹控制就是控制机器人手端沿着一定的目标轨迹运动。因
此，目标轨迹的给定方法和如何控制机器人手臂使之高精度地
跟踪目标的方法是轨迹控制的两个主要内容。
SCC+模拟调节节器
SCC+DDC
7
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 变化，其参数也在变化，各变量之间还存在耦合。因此，仅仅是位置闭环是不 够的，还要利用速度、甚至加速度闭环。系统中还经常采用一些控制策略，比 如使用重力补偿、前馈、解耦、基于传感信息的控制和最优PID控制等。 5) 工业机器人还有一种特有的控制方式——示教再现控制方式。
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
（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 （8）故障诊断安全保护功能
2
5.1.2 机器人控制系统的组成
（1）控制计算机 （2）示教盒 （3）操作面板 （4）硬盘和软盘存储 （5）数字和模拟量输入输出 （6）打印机接口 （7）传感器接口 （8）轴控制器 （9）辅助设备控制 （10）通信接口 （11）网络接口
总之，工业机器人控制系统是一个与运动学和动力学原 理密切相关的、有耦合的、非线性的多变量控制系统。
8
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 ➢ 按控制系统对工作环境变化的适应程度来分：有程序控制系统、 适应性控制系统、人工智能控制系统 ➢ 按同时控制机器人数目的多少来分：可分为单控系统、群控系统 ➢ 按运动控制方式的不同：将机器人控制分为位置控制、速度控制、 力控制(包括位置/力混合控制)三类
的轨迹运动。
10
5.2.2 速度控制方式
工业机器人，在位置控制的同时，有时还要 进行速度控制。例如，在连续轨迹控制方式的情 况下，工业机器人按预定的指令，控制运动部件 的速度和实行加、减速，以满足运动平稳、定位 准确的要求，如图5.7所示。由于工业机器人是 一种工作情况(行程负载)多变、惯性负载大的运 动机械，要处理好快速与平稳的矛盾，必须控制 起动加速和停止前的减速这两个过渡运动区段。
11
5.3 工业机器人的位置控制
工业机器人位置控制的目的，就是要使机器人各关节实现预先所规划的 运动，最终保证工业机器人终端(手爪)沿预定的轨迹运行。
下图所示表示机器人本身、控制器和轨迹规划器之间的关系。图中的轨 迹规划器由监督计算机来完成，控制器则由模拟调节器或DDC计算机来完成。
4
典型的微机控制系统框图如图所示。图中的输入量一般由程序给定，也 可以由输入装置给定。
典型的微机控制系统图
5
微机控制系统的输入通道
微机控制系统的输出通道
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在工业机器人控制中，进行轨迹规划等需要完成大量的计算工作， 因此，一般采用监督控制系统（SCC——Supervisory Computer Control）。其组成如图所示
第5章 机器人控制系统
❖5.1 控制系统概述 ❖5.2 工业机器人控制的分类 ❖5.3 工业机器人的位置控制 ❖5.4 工业机器人运动轨迹控制 ❖5.5 智能控制技术
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5.1 控制系统概述
机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要 因素。工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空 间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。
No Image
工业机器人接受控制器发出的关节驱动力矩矢量，装于机器人各关节上的 传感器测出关节位置矢量和关节速度矢量，再反馈到控制器上，因此，工业机 器人每个关节的控制系统都是一个闭环控制系统。
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5.4 工业机器人的运动轨迹控制
路径和轨迹规划与受到控制的机器人从一个位置移动到另一
个位置的方法有关。路径和轨迹规划既要用到机器人的动力学
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，
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5.2.1 位置控制方式
工业机器人位置控制分为点位控制（如图a）和连续轨迹控制（如图b）两类。
(1) 点位控制 这类控制的特点是仅控制离散点上工业机器人末端执行器的位姿，要求尽快而
无超调地实现相邻点之间的运动，但对相邻点之间的运动轨迹一般不作具体规定。 (2) 连续轨迹控制 这类运动控制的特点是连续控制工业机器人末端执行器的位姿，使某点按规定
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5.1.3 机器人控制的关键技术
1. 关键技术
(1) 开放性模块化的控制系统体系结构 (2) 模块化层次化的控制器软件系统 (3) 机器人的故障诊断与安全维护技术 (4) 网络化机器人控制器技术
2. 机器人示教
(1) 直接示教 手把手示教，由人直接搬动机器人的手臂对机器人进行示教， 如示教盒示教或操作杆示教等。 (2) 离线示教 不对实际作业的机器人直接进行示教，而是脱离实际作业环境 生成示教数据，间接地对机器人进行示教。
又要用到运动学。
轨迹规划方法一般是在机器人初始位置和目标位置之间用多
项式函数来“逼近”给定的路径，并产生一系列“控制设定
点”。
路径端点一般是在笛卡尔坐标中给出的，如果需要某些位置
的关节坐标，则可调用运动学的逆问题求解程序，进行必要的
转换。
轨迹控制就是控制机器人手端沿着一定的目标轨迹运动。因
此，目标轨迹的给定方法和如何控制机器人手臂使之高精度地
跟踪目标的方法是轨迹控制的两个主要内容。
SCC+模拟调节节器
SCC+DDC
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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 变化，其参数也在变化，各变量之间还存在耦合。因此，仅仅是位置闭环是不 够的，还要利用速度、甚至加速度闭环。系统中还经常采用一些控制策略，比 如使用重力补偿、前馈、解耦、基于传感信息的控制和最优PID控制等。 5) 工业机器人还有一种特有的控制方式——示教再现控制方式。
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
（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 （8）故障诊断安全保护功能
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5.1.2 机器人控制系统的组成
（1）控制计算机 （2）示教盒 （3）操作面板 （4）硬盘和软盘存储 （5）数字和模拟量输入输出 （6）打印机接口 （7）传感器接口 （8）轴控制器 （9）辅助设备控制 （10）通信接口 （11）网络接口
总之，工业机器人控制系统是一个与运动学和动力学原 理密切相关的、有耦合的、非线性的多变量控制系统。
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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 ➢ 按控制系统对工作环境变化的适应程度来分：有程序控制系统、 适应性控制系统、人工智能控制系统 ➢ 按同时控制机器人数目的多少来分：可分为单控系统、群控系统 ➢ 按运动控制方式的不同：将机器人控制分为位置控制、速度控制、 力控制(包括位置/力混合控制)三类
的轨迹运动。
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5.2.2 速度控制方式
工业机器人，在位置控制的同时，有时还要 进行速度控制。例如，在连续轨迹控制方式的情 况下，工业机器人按预定的指令，控制运动部件 的速度和实行加、减速，以满足运动平稳、定位 准确的要求，如图5.7所示。由于工业机器人是 一种工作情况(行程负载)多变、惯性负载大的运 动机械，要处理好快速与平稳的矛盾，必须控制 起动加速和停止前的减速这两个过渡运动区段。