发展中国2025与工业4.0，须知如何实现工业机器人控制技术

关于机器人，很多人也许有疑问：为什么机器人会听指挥？大多数人对于机器人除了外形其他什么都不知道，而人们的兴趣都在于机器人是否可以像人类一样，成为地球上非常有智慧的“人”。如果你真的很想解开疑惑，可以细看我们今天的文章——机器人控制技术详解

机器人控制系统的特点

机器人的结构采用空间开链接结构，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。所以，其控制系统要比普通的控制系统复杂得多，具有以下几个特点：

1机器人的控制与结构运动学及动力学密切相关。机器人手爪的状态可以在各种坐标下进行描述，根据需要选择不同的参考坐标系并做适当的坐标变换。

2经常要求解运动的正问题和逆问题。除此之外还要考虑惯性力、外力（包括重力）、哥氏力、向心力的影响。

3一个简单的机器人也至少有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。

4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，这个任务只能是由计算机来完成。因此，机器人控制系统必须是一个计算机系统。

5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。

6机器人的运动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。

传统的自动机械是以自身的动作未重点，而工业机器人的控制系统更着重本体与操作对象的互相关系。所以，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。随着实际工作情况的不同，可以有各种不同的控制方式，从简单的编程自动化、微处理机控制到小型计算机控制等等。

机器人的控制系统的特性和基本要求

要对机器人实施良好的控制，了解被控的特性是很重要的，从我们了解到的机器人动力学来说，具有以下特性：

1机器人本质是一个非线性系统。引起机器人非线性的因素很多，结构方面、传动件、驱动元件等都会引起系统的非线性。

2各关节间具有耦合的作用，表现为某一个关节的运动。会对其他关节产生动力效应，使得每一个关节都要承受其他关节运动所产生的扰动。

3是一个时变系统，动力学参数随着关节运动位置的变化而变化。

从使用的角度来看，机器人是一种特殊的自动化设备，对它的控制有如下特点和要求：

1多轴运动协调控制，以产生要求的工作轨迹。因为机器人的手部运动是所有关节运动的合成运动，要使手部按照设定的规律运动，就必须很好地控制各关节协调动作，包括运动轨迹，动作时序等多方面地协调。

2较高的位置精度，很大的调速范围

3系统的静差率要小

4各关节的速度误差系数应尽量一致

5位置无超调，动态响应尽量快

6需采用加（减）速控制

7从操作的角度来看，要求控制系统具有良好的人机界面，尽量降低对操作者的要求

8从系统成本来看，要求尽可能地降低系统的硬件成本，更多地采用软件伺服的方法来完善控制系统的性能

机器人的控制方式

工业机器人控制方式的分类没有统一的标准：

A.机器人动作控制方式

a.机器人运动控制方式

1.机器人位置控制方式：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）

2.机器人速度控制方式：速度控制方式—固定速度控制，可变速度控制；加速度控制方式—固定加速度控制方式，可变加速度控制）

3.机器人力控制方式）

b.机器人动作顺序控制方式

B.机器人示教控制方式

1.用实际机器人示教：直接示教法——功率级脱离示教，伺服级接通示教；遥控示教法——示教盒示教法、操纵杆示教法、主从方式示教

2.不用机器人示教：间接示教法——模型机器人示数、专用工具示数；离线示教法——数值输入示数、图形示数、软件语言示教

机器人控制系统结构和工作原理

一个工业机器人系统通常分为机构本体和控制系统两大部分。构成机器人控制系统的要素主要有计算机硬件系统及操作控制软件、输入/输出设备及装置、驱动器系统、传感器系统。