1、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)大連職業(yè)技術(shù)學(xué)院董春利 QQ：958385645實(shí)訓(xùn)樓414ACompiled by: Dong Chunli復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)o什么是直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性？什么是直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性？o寫出直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性公式，并解釋之。寫出直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性公式，并解釋之。o什么是直流伺服電機(jī)的調(diào)節(jié)特性什么是直流伺服電機(jī)的調(diào)節(jié)特性o什么是直流伺服電機(jī)的失靈區(qū)？什么是直流伺服電機(jī)的失靈區(qū)？Compiled by: Dong Chunli復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)o直流電機(jī)的缺點(diǎn)有哪些？直流電機(jī)的缺點(diǎn)有哪些？o交流伺服電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？交流伺服電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？o交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)在

2、工作原理上有什么不同？交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)在工作原理上有什么不同？o交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子為什么通常做成鼠籠式？交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子為什么通常做成鼠籠式？o什么是轉(zhuǎn)速變化率（靜差率）？什么是轉(zhuǎn)速變化率（靜差率）？o什么是調(diào)速精度？什么是調(diào)速精度？o什么是穩(wěn)速精度？什么是穩(wěn)速精度？o什么是調(diào)速范圍？什么是調(diào)速范圍？o什么是開環(huán)控制系統(tǒng)？什么是開環(huán)控制系統(tǒng)？o什么是閉環(huán)控制系統(tǒng)什么是閉環(huán)控制系統(tǒng)? ?o什么是模擬控制系統(tǒng)？什么是模擬控制系統(tǒng)？o什么是數(shù)字控制系統(tǒng)？什么是數(shù)字控制系統(tǒng)？Compiled by: Dong Chunli復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 1 1o什么是直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性？什么是直流伺服電機(jī)的

3、機(jī)械特性？o寫出直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性公式，并解釋之。寫出直流伺服電機(jī)的機(jī)械特性公式，并解釋之。o什么是直流伺服電機(jī)的調(diào)節(jié)特性什么是直流伺服電機(jī)的調(diào)節(jié)特性o什么是直流伺服電機(jī)的失靈區(qū)？什么是直流伺服電機(jī)的失靈區(qū)？o機(jī)器人控制的基本單元有哪些？機(jī)器人控制的基本單元有哪些？o直流電機(jī)的額定值有哪些？直流電機(jī)的額定值有哪些？o什么是伺服電機(jī)？什么是伺服電機(jī)？o什么是直流伺服電機(jī)？什么是直流伺服電機(jī)？o機(jī)器人對直流伺服電機(jī)的要求？機(jī)器人對直流伺服電機(jī)的要求？Compiled by: Dong Chunli復(fù)習(xí)復(fù)習(xí) 2 2o直流電機(jī)的缺點(diǎn)有哪些？直流電機(jī)的缺點(diǎn)有哪些？o交流伺服電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？交流伺

4、服電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？o交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)在工作原理上有什么不同？交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)在工作原理上有什么不同？o交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子為什么通常做成鼠籠式？交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子為什么通常做成鼠籠式？o什么是轉(zhuǎn)速變化率（靜差率）？什么是轉(zhuǎn)速變化率（靜差率）？o什么是調(diào)速精度？什么是調(diào)速精度？o什么是穩(wěn)速精度？什么是穩(wěn)速精度？o什么是調(diào)速范圍？什么是調(diào)速范圍？Compiled by: Dong Chunli復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)o機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)有哪些？o按照機(jī)器人的控制作用輸出方式，機(jī)器人的控制方式分那些類型？o什么是力控制方式？o什么是速度控制方式？o按照機(jī)器人的控制命令來源不同，機(jī)器人的控制方

5、式分那些類型？ o什么是程序控制方式？o什么是自適應(yīng)控制方式？o什么是智能控制方式？o什么是機(jī)器人的控制功能？o機(jī)器人的控制功能有哪些類型？o什么是示教再現(xiàn)功能？o什么是運(yùn)動(dòng)控制功能？o機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本要素包括那些？o什么是開環(huán)控制系統(tǒng)？o什么是閉環(huán)控制系統(tǒng)?o什么是模擬控制系統(tǒng)？o什么是數(shù)字控制系統(tǒng)？機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)第五章第五章 機(jī)器人的控制系統(tǒng)第一節(jié) 機(jī)器人控制系統(tǒng)概述第二節(jié) 伺服控制系統(tǒng)及其參數(shù)第三節(jié) 交流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第四節(jié) 機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)第五節(jié) 機(jī)器人控制的示教再現(xiàn)第六節(jié) 機(jī)器人控制系統(tǒng)舉例Compiled by: Dong Chunli一般的伺服控制系統(tǒng)包括

6、伺服執(zhí)行元件（伺服電動(dòng)機(jī)）、伺服運(yùn)動(dòng)控制器、功率放大器（又稱伺服驅(qū)動(dòng)器）、位置檢測元件等。伺服運(yùn)動(dòng)控制器的功能是實(shí)現(xiàn)對伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制，包括力、位置、速度等的控制。某些機(jī)器人系統(tǒng)把各個(gè)軸的伺服運(yùn)動(dòng)控制器和功率放大器集成組裝在控制柜內(nèi)，如MOTOMAN機(jī)器人，這樣實(shí)際上相當(dāng)于由一臺(tái)專用計(jì)算機(jī)控制。第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Compiled by: Dong Chunli一、機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成二、機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)三、機(jī)器人控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成1.機(jī)器人控制系統(tǒng)基本功能2.機(jī)器人控制系統(tǒng)基本

7、組成Compiled by: Dong Chunli1.機(jī)器人控制系統(tǒng)基本功能o機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，用于對操作機(jī)的控制，以完成特定的工作任務(wù)，其基本功能如下： o記憶功能：存儲(chǔ)作業(yè)順序、運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。 o示教功能：離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教盒和導(dǎo)引示教兩種。 o與外圍設(shè)備聯(lián)系功能：輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口。 o坐標(biāo)設(shè)置功能：有關(guān)節(jié)、絕對、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系。 o人機(jī)接口：示教盒、操作面板、顯示屏。 o傳感器接口：位置檢測、視覺、觸覺、力覺等。 o位置伺服功能：機(jī)器人多軸聯(lián)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制、速度和

8、加速度控制、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)取?o故障診斷安全保護(hù)功能：運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和故障自診斷。 Compiled by: Dong Chunli2.機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成1）控制計(jì)算機(jī)：控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)。一般為微型機(jī)、微處理器有32位、64位等，如奔騰系列CPU以及其他類型CPU。 2）示教盒：示教機(jī)器人的工作軌跡和參數(shù)設(shè)定，以及所有人機(jī)交互操作，擁有自己獨(dú)立的CPU以及存儲(chǔ)單元，與主計(jì)算機(jī)之間以串行通信方式實(shí)現(xiàn)信息交互。 3）操作面板：由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，只完成基本功能操作。 4）內(nèi)置硬盤和可移去存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)機(jī)器人工作程序的外圍存儲(chǔ)器。 5）數(shù)字和模擬量輸入輸出：

9、各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出。 6）打印機(jī)接口：記錄需要輸出的各種信息。 7）傳感器接口：用于信息的自動(dòng)檢測，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔順控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。 8）伺服控制器：完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制。 9）輔助設(shè)備控制：用于和機(jī)器人配合的輔助設(shè)備控制，如手爪變位器等。 10）通信接口：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和其他設(shè)備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等11）網(wǎng)絡(luò)接口：與其他機(jī)器人以及上位管理計(jì)算機(jī)連接的Ethernet接口：Compiled by: Dong Chunli2.機(jī)器人控制系統(tǒng)基本組成11）網(wǎng)絡(luò)接口：o可通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)臺(tái)或單臺(tái)機(jī)器人的直接PC通信，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10M

10、bit/s，通過Ethernet接口將數(shù)據(jù)及程序裝入各個(gè)機(jī)器人控制器中。o與其他設(shè)備連接的多種現(xiàn)場總線接口，如Device net、Profibus-DP、 CAN、 Remote I/O、Interbus-s、M-NET等。Compiled by: Dong Chunli二、機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)o1基于基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制的運(yùn)動(dòng)控制o2基于基于PC和運(yùn)動(dòng)控制卡的運(yùn)動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)控制卡的運(yùn)動(dòng)控制o3單純的單純的PC控制控制Compiled by: Dong Chunli二、機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)o從基本結(jié)構(gòu)上看一個(gè)典型的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，主要由上位計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)

11、和反饋裝置構(gòu)成。o一般地，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的構(gòu)成方案有三種，基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制、基于PC+運(yùn)動(dòng)控制卡的運(yùn)動(dòng)控制、純PC機(jī)控制。Compiled by: Dong Chunli1基于基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制的運(yùn)動(dòng)控制oPLC進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制有兩種。1）利用PLC的某些輸出端口使用脈沖輸出指令來產(chǎn)生脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)使用通用I/O或者計(jì)數(shù)部件來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)位置控制；2）使用PLC外部擴(kuò)展的位置模塊來進(jìn)行電機(jī)的閉環(huán)位置控制。Compiled by: Dong Chunli2基于基于PC和運(yùn)動(dòng)控制卡的運(yùn)動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)控制卡的運(yùn)動(dòng)控制o 運(yùn)動(dòng)控制器以運(yùn)動(dòng)控制卡為主，工控PC機(jī)只提供插補(bǔ)運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)指令

12、。運(yùn)動(dòng)控制卡完成速度控制和位置控制。Compiled by: Dong Chunli3單純的單純的PC控制控制o在高性能工業(yè)PC和嵌入式PC（配備專為工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)的主板）的硬件平臺(tái)上，可通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)PLC和運(yùn)動(dòng)控制等功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人需要的邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制。 o在通過高速的工業(yè)總線進(jìn)行PC與驅(qū)動(dòng)器的實(shí)時(shí)通訊，顯著的提高機(jī)器人的生產(chǎn)效率和靈活性。不過，在提供靈活的應(yīng)用平臺(tái)的同時(shí)，也大大提高了開發(fā)難度和延長了開發(fā)周期。由于其結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性這種結(jié)構(gòu)代表了未來機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向Compiled by: Dong ChunliCompiled by: Dong Chunli5.4.3 機(jī)器人控

13、制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)o1機(jī)器人控制系統(tǒng)工作過程機(jī)器人控制系統(tǒng)工作過程o2機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成Compiled by: Dong Chunli5.4.3 機(jī)器人控制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)o在機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)上，有三種形式：集中控制方式、主從控制方式、分散控制方式。o目前用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能的集中控制方式因其實(shí)時(shí)性差、難以擴(kuò)展已經(jīng)遭淘汰?，F(xiàn)在大部分工業(yè)機(jī)器人都采用主從控制方式，智能機(jī)器人或傳感機(jī)器人都采用分散控制方式。o由于機(jī)器人的控制過程中涉及大量的坐標(biāo)變換和插補(bǔ)運(yùn)算以及較低層的實(shí)時(shí)控制，所以，目前的機(jī)器人控制系

14、統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上大多數(shù)采用分層結(jié)構(gòu)的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通常采用的是兩級計(jì)算機(jī)伺服控制系統(tǒng)。1機(jī)器人控制系統(tǒng)工作過程機(jī)器人控制系統(tǒng)工作過程o機(jī)器人控制系統(tǒng)具體的工作過程是：o主控計(jì)算機(jī)接到工作人員輸入的作業(yè)指令后，首先分析解釋指令，確定手的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和插補(bǔ)運(yùn)算，最后得出機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。o這些參數(shù)經(jīng)過通信線路輸出到伺服控制級作為各個(gè)關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)的給定信號(hào)。o關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器將此信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)產(chǎn)生協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，并通過傳感器將各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)輸出信號(hào)反饋回伺服控制級計(jì)算機(jī)形成局部閉環(huán)控制，從而更加精確的控制機(jī)器人手部按作業(yè)任務(wù)要求的在空間的運(yùn)動(dòng)。o在控制過程中，工

15、作人員可直接監(jiān)視機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也可從顯示器等輸出裝置上得到有關(guān)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的信息。 o此時(shí)，作為控制器部分的n上位機(jī)中的PC機(jī)或小型機(jī)完成人機(jī)對話、數(shù)學(xué)運(yùn)算、通信和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，n下位機(jī)中的單片機(jī)或運(yùn)動(dòng)控制器，完成伺服控制。作為傳感器部分的內(nèi)部傳感器完成自身關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的檢測；外部傳感器完成外部環(huán)境參數(shù)變化的檢測。Compiled by: Dong Chunli2機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成在機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)上，現(xiàn)在大部分工業(yè)機(jī)器人都采用二級計(jì)算機(jī)控制。（1）一級控制o一級控制的上位機(jī)一般由個(gè)人微機(jī)或小型計(jì)算機(jī)組成，其功能為：o人機(jī)對話：人將作業(yè)任務(wù)給機(jī)器人，同時(shí)

16、機(jī)器人將結(jié)果反饋回來，即人與機(jī)器人之間的交流。o數(shù)學(xué)運(yùn)算：機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和數(shù)學(xué)插補(bǔ)運(yùn)算。o通信功能：與下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和相互交換。o數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：存儲(chǔ)編制好的作業(yè)任務(wù)程序和中間數(shù)據(jù)。（2）二級控制o二級控制的下位機(jī)一般由單片機(jī)或運(yùn)動(dòng)控制器組成，其功能為：o伺服驅(qū)動(dòng)控制：接收上位機(jī)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)信號(hào)和傳感器的反饋信號(hào)，并對其進(jìn)行比較，然后經(jīng)過誤差放大和各種補(bǔ)償，最終輸出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所需的控制信號(hào)。Compiled by: Dong Chunli2機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成（2）二級控制o二級控制的下位機(jī)一般由單片機(jī)或運(yùn)動(dòng)控制器組成，其功能為：o伺服驅(qū)動(dòng)控制：接收上位機(jī)的關(guān)節(jié)

17、運(yùn)動(dòng)參數(shù)信號(hào)和傳感器的反饋信號(hào)，并對其進(jìn)行比較，然后經(jīng)過誤差放大和各種補(bǔ)償，最終輸出關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所需的控制信號(hào)。Compiled by: Dong Chunli2機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件組成o（3）伺服系統(tǒng)o伺服系統(tǒng)的核心是運(yùn)動(dòng)控制器，一般由數(shù)字信號(hào)處理器及其外圍部件組成，可以實(shí)現(xiàn)高性能的控制計(jì)算，同步控制多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，實(shí)現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用領(lǐng)域包括機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等。 o（4）內(nèi)部傳感器o內(nèi)部傳感器的主要目的是對自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測，即檢測機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的位移、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為機(jī)器人的控制提供反饋信號(hào)。機(jī)器人使用的內(nèi)部傳感器主要包括位置、位移、速度和加速度等傳感器。

18、o（5）外部傳感器o機(jī)器人要能在變化的作業(yè)環(huán)境中完成作業(yè)任務(wù)，就必須具備類似于人類對環(huán)境的感覺功能。將機(jī)器人用于對工作環(huán)境變化的檢測的傳感器稱為外部傳感器，有時(shí)也擬人的稱為環(huán)境感覺傳感器或環(huán)境感覺器官。目前，機(jī)器人常用的環(huán)境感覺技術(shù)主要有視覺、聽覺、觸覺、力覺等。Compiled by: Dong Chunli3機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件組成機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件組成o （1）系統(tǒng)軟件o 包括用于個(gè)人微機(jī)和小型計(jì)算機(jī)的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，用于單片機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器的系統(tǒng)初始化程序。o （2）應(yīng)用軟件o 包括用于完成實(shí)施動(dòng)作解釋的執(zhí)行程序，用于運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和插補(bǔ)程序的運(yùn)算軟件，用于作業(yè)任務(wù)程序、編制環(huán)境程序的

19、編程軟件，用于實(shí)時(shí)監(jiān)視、故障報(bào)警等程序的監(jiān)控軟件。Compiled by: Dong Chunli5.5機(jī)器人控制的示教再現(xiàn)機(jī)器人控制的示教再現(xiàn)o 5.5.1 機(jī)器人的示教方式機(jī)器人的示教方式Compiled by: Dong Chunli5.5機(jī)器人控制的示教再現(xiàn)機(jī)器人控制的示教再現(xiàn)o示教人員將機(jī)器人作業(yè)任務(wù)中要求手的運(yùn)動(dòng)預(yù)先教給機(jī)器人，在示教的過程中，機(jī)器人控制系統(tǒng)就將關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)記憶存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。o當(dāng)需要機(jī)器人工作時(shí)，機(jī)器人的控制系統(tǒng)就調(diào)用存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人再現(xiàn)示教過的手的運(yùn)動(dòng)，由此完成要求的作業(yè)任務(wù)。Compiled by: Dong Chunli作業(yè)

20、任務(wù)作業(yè)任務(wù)手的運(yùn)動(dòng)手的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)示教示教記憶記憶再現(xiàn)再現(xiàn)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)反饋反饋5.5.1 機(jī)器人的示教方式機(jī)器人的示教方式1示教方式示教方式（1）集中示教方式o將機(jī)器人手部在空間的位姿、速度、動(dòng)作順序等參數(shù)同時(shí)進(jìn)行示教的方式，o示教一次即可生成關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服指令。（2）分離示教方式o將機(jī)器人手部在空間的位姿、速度、動(dòng)作順序等參數(shù)分開單獨(dú)進(jìn)行示教的方式，o一般需要示教多次才可生成關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服指令，但其效果要好于集中示教方式。 （3）點(diǎn)對點(diǎn)控制o當(dāng)對用點(diǎn)位（PTP）控制的點(diǎn)焊、搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行示教時(shí)，可以

21、分開編制程序，且能進(jìn)行編輯、修改等工作，o但是機(jī)器人手部在做曲線運(yùn)動(dòng)而且位置精度要求較高時(shí)，示教點(diǎn)數(shù)就會(huì)較多，示教時(shí)間就會(huì)拉長，且在每一個(gè)示教點(diǎn)處都要停止和啟動(dòng)，因此就很難進(jìn)行速度的控制。 （4）連續(xù)軌跡控制o當(dāng)對用連續(xù)軌跡（CP）控制的弧焊、噴漆機(jī)器人進(jìn)行示教時(shí)，示教操作一旦開始就不能中途停止，必須不中斷的連續(xù)進(jìn)行到底，且在示教途中很難進(jìn)行局部的修改。o示教時(shí)，可以是手把手示教，也可通過示教盒示教。Compiled by: Dong Chunli2記憶過程記憶過程o在示教的過程中，機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化被傳感器檢測到，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，再通過變換裝置送入控制系統(tǒng)，o控制系統(tǒng)就將這些數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器

22、中，作為再現(xiàn)示教過的手的運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)。1）記憶速度：取決于傳感器的檢測速度、變換裝置的轉(zhuǎn)換速度和控制系統(tǒng)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)速度。2）記憶容量：取決于控制系統(tǒng)存儲(chǔ)器的容量。Compiled by: Dong Chunli示教示教關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)變換裝置變換裝置控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)傳感裝置傳感裝置存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器檢測檢測轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換保保 存存3運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制o機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制是指機(jī)器人手部在空間從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的過程中或沿某一軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，對其位姿、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)的控制。o由機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)可知，機(jī)器人手部的運(yùn)動(dòng)是由各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)引起的，所以控制機(jī)器人手部的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是通過控制機(jī)器人

23、各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。Compiled by: Dong Chunli驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)正解正解運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解逆解作業(yè)任務(wù)作業(yè)任務(wù)手的運(yùn)動(dòng)手的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)位移、關(guān)節(jié)位移、速度、加速度速度、加速度關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力（矩）（矩）驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)反饋反饋3運(yùn)動(dòng)控制運(yùn)動(dòng)控制o（1）控制過程o根據(jù)機(jī)器人作業(yè)任務(wù)中要求的手的運(yùn)動(dòng)，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解和數(shù)學(xué)插補(bǔ)運(yùn)算得到機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的位移、速度和加速度，再根據(jù)動(dòng)力學(xué)正解得到各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力（矩）。機(jī)器人控制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)算得到的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)控制驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，從而合成手在空間的運(yùn)動(dòng)，由此完成要求的作業(yè)

24、任務(wù)。 o（2）控制步驟o第一步：關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)伺服指令的生成，即將機(jī)器人手部在空間的位姿變化轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)變量隨時(shí)間按某一規(guī)律變化的函數(shù)。這一步一般可離線完成。o第二步：關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服控制，即采用一定的控制算法跟蹤執(zhí)行第一步所生成的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)伺服指令，這是在線完成的。Compiled by: Dong ChunliCompiled by: Dong ChunliCompiled by: Dong Chunli1伺服系統(tǒng)的幾個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)伺服系統(tǒng)的幾個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)Compiled by: Dong Chunli（1）超調(diào)量）超調(diào)量n 伺服系統(tǒng)運(yùn)行在零轉(zhuǎn)速，輸入單位信號(hào)時(shí)

25、，時(shí)間響應(yīng)曲線上超出穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的最大轉(zhuǎn)速值對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的百分比叫做轉(zhuǎn)速上升時(shí)的超調(diào)量；n 伺服系統(tǒng)運(yùn)行在穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速，輸入信號(hào)階躍為零，時(shí)間響應(yīng)曲線上超出零轉(zhuǎn)速的反向轉(zhuǎn)速的最大轉(zhuǎn)速值對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的百分比叫做轉(zhuǎn)速下降時(shí)的超調(diào)量；n 超調(diào)量應(yīng)當(dāng)盡量減小 三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)Compiled by: Dong Chunli（2） 轉(zhuǎn)矩變化的時(shí)間響應(yīng)n伺服系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，對電機(jī)突然施加轉(zhuǎn)矩負(fù)載或突然卸去轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化的曲線叫伺服系統(tǒng)對力矩變化的時(shí)間響應(yīng)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)Compiled by: Dong Chunli（3）階躍輸入的轉(zhuǎn)速響應(yīng)時(shí)間n

26、伺服系統(tǒng)輸入由零到對應(yīng)n的階躍信號(hào)，從階躍信號(hào)開始到第一次達(dá)到0.9n的時(shí)間。三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)Compiled by: Dong Chunli（4）建立時(shí)間n伺服系統(tǒng)輸入由零到對應(yīng)n的階躍信號(hào)，從階躍信號(hào)開始到轉(zhuǎn)速到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速（終值）并且不再超過終值的+5%的范圍，所經(jīng)歷的時(shí)間叫系統(tǒng)建立時(shí)間。三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)Compiled by: Dong Chunli（5）頻帶寬度n伺服系統(tǒng)輸入量為正弦波，隨著正弦波信號(hào)頻率逐漸升高，對應(yīng)輸出量相位滯后逐漸加大同時(shí)幅值逐漸減小，相位滯后增大到90時(shí)或幅值減小至 低頻段幅值時(shí)的頻率叫做伺服系統(tǒng)的頻帶寬度

27、。2/1三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)Compiled by: Dong Chunli（6）堵轉(zhuǎn)電流n又叫瞬時(shí)最大電流，n它表示伺服電動(dòng)機(jī)所允許承受的最大沖擊負(fù)荷和系統(tǒng)的最大減速力矩。三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)Compiled by: Dong Chunli2伺服系統(tǒng)的幾個(gè)主要問題（1）穩(wěn)態(tài)位置跟蹤誤差當(dāng)系統(tǒng)對輸入信號(hào)瞬態(tài)響應(yīng)過程結(jié)束進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，伺服系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)際位置與目標(biāo)值之間的誤差為系統(tǒng)的位置跟蹤誤差。在閉環(huán)全負(fù)反饋系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)誤差為)()(11limoSUSWes三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)Compiled by: Dong Chunli（2）定位精度問題系統(tǒng)最終定位點(diǎn)與指令規(guī)定值之間的靜態(tài)誤差為系統(tǒng)的定位精度。 DkNepmax位置伺服系統(tǒng)的定位精度 最高速度 調(diào)速范圍 三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)Compiled by: Dong Chunli三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)三、伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù)例如，若最高速度規(guī)定為9.6m/min，位置環(huán)增益為30V/rad，要求定位精度為0.01mm，則調(diào)速范圍應(yīng)當(dāng)達(dá)到1:400以上，實(shí)際上為使系統(tǒng)定位精度在0.01mm以內(nèi)，常選擇D為1:1000以上，若要求系統(tǒng)的位置定位精度達(dá)到1m以內(nèi)