4.1 工业机器人控制系统概述

1.工业机器人控制系统的基本原理

为了使机器人能够按照要求去完成特定的作业任务，需要以下四个过程。

（1）示教过程。利用计算机可以接收的方式，告诉机器人去做什么，给机器人作业命令。

（2）计算与控制。这是机器人控制系统的核心部分，负责整个机器人系统的管理、信息获取及处理、控制策略的制定和作业轨迹的规划等任务。

（3）伺服驱动。根据不同的控制算法，将机器人控制策略转化为驱动信号，驱动伺服电机等驱动部分，实现机器人的高速、高精度运动，去完成指定的作业。

（4）传感与检测。通过传感器的反馈，保证机器人正确地完成指定作业，同时也将各种姿态信息反馈到机器人控制系统中，以便实时监控整个系统的运动情况。

2.工业机器人控制系统的特点

工业机器人控制系统是以机器人的单轴或多轴运动协调为目的的控制系统。其控制结构比一般自动机械的控制复杂得多。与一般伺服系统或过程控制系统相比，工业机器人控制系统有如下特点。

（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更着重本体与操作对象的相互关系。无论用多高的精度控制手臂，机器人必须能夹持并操作物体到达目的位置。

（2）工业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描述，还能根据需要选择不同的基准坐标系，并进行适当的坐标变换。需要求解运动学中的正、逆问题，除此之外，还要考虑惯性、外力（包括重力）及哥氏力、向心力的影响。

（3）即便一个简单的工业机器人，至少也有3～5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。

（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，不仅要利用位置闭环，还要利用速度甚至加速度闭环。系统中经常使用重力补偿、解耦和基于传感信息的控制盒最优 PID控制等方法。