机器人的基本控制方法.

下位计算机系统: 由六块以6503CPU为核心的单板机组成，每 块板 负责一个关节的驱动，构成6个独立的数字伺服控制 回路。 下位机的每块单板机上都有一个D/A转换器，其输出 分 别接到6块功率放大器板的输入端。功率放大 器输出与6台直流伺服电机相接。
PUMA-562 机器人控制器硬件还包括一块C 接口板、
第5章 机器人基本控制方法
（The Basic Control Strategy of Robot）
机器人控制系统的结构和工作原理 轨迹控制 机器人的力控制

§5.1 机器人控制系统的结构和工作原理
(The Structure and Principle of Robot Control System) 一、机器人系统 机构本体(Mechanism) 控制系统(Control System)



§5.3 机器人的力控制
(The Force Control of Robots)
位置控制和力控制融合在一起的控制问题就是 位置和力混合控制问题，例：擦玻璃、拧 螺丝、转动曲柄 力控制是在正确的位置控制基础上进一步的控 制内容。
一、作业约束与力控制
自然约束：当机器人手端（常为机器人乎臂端部安装的工 具）与环境（作业对象）接触时，环境的几何 特性构成对作业的约束 自然位置约束：当手部与固定刚性表面接触时，不能自由 穿过这个表面(在法线方向) 自然力约束：若这个表面是光滑的，则不能对手施加沿表 面切线方向的力(在切线方向)
下位机软件：伺服软件 系统软件提供软件系统的各种系统定义、命令、语言及其编译系统。 系统软件针对各种运动形式的轨迹规划，坐标变换，完成以28ms时间 间隔的轨迹插补点的计算、与下位机的信息交换、执行用户编写的 VAL语言机器人作业控制程序、示教盒信息处理、机器人标定、故障 检测及异常保护等。
PUMA-562 控制系统下位机软件驻留在下位单片机的EPROM中。伺 服控制关节的运动。PUMA机器人仍然采用PID控制。
设手端在点r0和ri间运动。对应关节变量为q0和qi， 为说明轨迹生成过程，把关节变量qi 记为 , 其初始值和终止值分别为 (0) 0 , (t f ) f 速度和加速度为边界条件，表示为： (0) , (t )
0 f f
(0) , (t ) 0 f f 用多项式：
(t ) a0 a1t a2t 2 a3t 3 a4t 4 a5t 5
待定系数如下： a0 0 , , a
1 0
1 a2 0 , 2 1 12 )t (3 )t 2 a3 3 20 f 20 0 (8 f 0 f 0 f f 2t f
一块高压控制板和六块功率放大器板，这几块板插 在另外的一个专门设计的功率放大器总线上。C 接口 板用于手臂电源和电饥制动的控制信号传递，放障检 测，制动控制。高压控制板提供电机所需的电压，还 控制手爪开闭电磁阀。
三、PUMA-562 控制器软件系统的工作原理(Software)
PUMA-562 控制器软件 上位机软件：系统编程软件
二、数控方式(Numerical Control)
数控方式是把目标轨迹用数值数据的形式给出。 要求 轨迹平滑; 位置、速度及加速度 的连续性
由于机器人手端的位移、速度及加速度与关节 变量间不是线性关系，通过生成平滑的关节轨迹不 能保证生成平滑的手端路径，因此有必要首先直接 生成手端的平滑路径，然后根据运动学逆问题求解 关节位移、速度及加速度变化规律。
控制系统的作用是根据用户的指令对机构本体进行操作和 控制，完成作业的各种动作。
下面通过PUMA机器人来说明机器人的控制系统:
PUMA机器人是美国Unimation 公司于20 世纪70 年代末推出的 商品化工业机器人。有多个系 列的产品，每个系列产品都有 腰旋转、肩旋转、肘旋转和手 腕的回转、弯曲和旋转轴，构 成六自由度的开链式机构。具 有速度快、精度高、灵活精巧、 编程控制容易等特点，广泛应 用，PUMA机器人控制器采用 逆运算机分级控制结构，使用 VAL机器人编程言。
Fra Baidu bibliotek

1 16 )t (3 2 )t 2 a4 4 30 0 30 f (14 f 0 f 0 f f 2t f a5 1 6 )t ( )t 2 12 12 ( 6 f 0 f 0 f 0 f f 2t 5 f
二、PUMA-562 控制器硬件配置及结构(Hardware)
PUMA-562控制器为多CPU两级控制结构 上位计算机采用Q-Bus总线作为系统总线 上位计算机配有64kB RAM内存，两块四串口板，一块 I/O并行接口板，与下位机通信的A接口板 与上位机联接的I/O设备有CRT显示器和键盘、示教 盒、软盘驱动器，通过串口板还可接入视觉传感器、高 层监控计算机、实时路径修正控制计算机
§5.2 轨迹控制
(The Robot Trajectory Control)
路径：机械手由初始点(位置和姿态)运动到终止点，经过的空 间曲线。 规划 直角坐标空间 关节空间 轨迹控制解决的问题 轨迹的给定 如何高精度地跟踪轨迹
一、示教再现方式 (Teach-replay)
示教使机器人手臂运动的方法 用示教盒上的控制按钮 直接用手抓住机器人手部 使其手端按目标轨迹运动 轨迹再现方式 点位控制(PTP) 连续路径控制(CP)
接口板A、B是上下位机通们的桥梁。上位机经过A、B接 口板向下位机发送命令和读取下位机信息。A板插在上位 机的Q-Bus总线上，B板插在下位机的J-Bus总线上，A、B 接口板之间通过扁平信号电缆通信。 B板上有一个A/D转换器，用于读取B接口板传递的各关 节电位器信息，电位器用于各关节绝对位置的定位。