4、工业机器人的控制
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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)控制的示教中, 由于CP控制的示教是多轴同时动作, 因 此与PTP控制不同,它几乎必须在点与点之间的连线上移动, 故 有如图5.2所示的两种方法。
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。
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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。
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Fra Baidu bibliotek其记忆容量可达无限。
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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。
(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。
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图 5.1 示教数据的编辑机能
8
图 5.2 CP控制示教举例
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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。
(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。
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(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 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。
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装置, 以使工业机器人能更好更快地 完成作业任务。
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
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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。 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:
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4.2.2
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 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。
4.2 工业机器人控制系统的主要功能
1. 2. 运动控制功能
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4.2.1 1. 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。
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。
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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。
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)控制的示教中, 由于CP控制的示教是多轴同时动作, 因 此与PTP控制不同,它几乎必须在点与点之间的连线上移动, 故 有如图5.2所示的两种方法。
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。
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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。
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Fra Baidu bibliotek其记忆容量可达无限。
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2. 示教编程方式
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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。
(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。
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图 5.1 示教数据的编辑机能
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图 5.2 CP控制示教举例
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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。
(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。
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(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 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。
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装置, 以使工业机器人能更好更快地 完成作业任务。
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
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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。 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:
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4.2.2
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 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。
4.2 工业机器人控制系统的主要功能
1. 2. 运动控制功能
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4.2.1 1. 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。
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。
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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。