【正文】 置大部分是磁鼓 , 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 , 慢慢地出現(xiàn)了磁線 、 磁芯等記憶裝置 。 (b) 先在 A與 B之間指定一點(diǎn) x, 然后用圓弧連接 。 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能 1. 2. 運(yùn)動(dòng)控制功能 1. 1) 示教的方式 示教的方式總的可分為集中示教方式和分離示教方式 。 因此 , 機(jī)器人控制系統(tǒng)必須是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 。工業(yè)機(jī)器人控制 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能 工業(yè)機(jī)器人的控制方式 電動(dòng)機(jī)的控制 機(jī)械系統(tǒng)的控制 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)是一個(gè)空間開鏈機(jī)構(gòu) , 其各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的 , 為了實(shí)現(xiàn)末端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 , 需要多關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào) 。 同時(shí) , 計(jì)算機(jī)軟件擔(dān)負(fù)著艱巨的任務(wù) 。 集中示教方式就是指同時(shí)對(duì)位置 、 速度 、 操作順序等進(jìn)行的示教方式 。 (c) 用指定半徑的圓弧連接 。 現(xiàn)在 , 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了半導(dǎo)體記憶裝置的出現(xiàn) , 尤其是集成化程度高 、 容量大 、 高度可靠的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 ( RAM )和可編程只讀存儲(chǔ)器 (EPROM)等半導(dǎo)體的出現(xiàn) , 使工業(yè)機(jī)器人的記憶容量大大增加 , 特別適合于復(fù)雜程度高的操作過(guò)程的記憶 , 并且其記憶容量可達(dá)無(wú)限 。 示教編程控制由于其編程方便 、 裝置簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) ,在工業(yè)機(jī)器人的初期得到較多的應(yīng)用 。 這一步是在線完成的 。 這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器位姿的軌跡跟蹤精度及平穩(wěn)性 。 電動(dòng)機(jī)的控制 1. 電動(dòng)機(jī)的種類各種各樣 , 根據(jù)各自的特點(diǎn) , 工業(yè)界早就在家電 、 玩具 、 辦公儀器設(shè)備 、 測(cè)量?jī)x器甚至電氣鐵路這樣一些廣泛的領(lǐng)域內(nèi)制定了各種不同的使用方法 。 此外 , 從電動(dòng)機(jī)的輸出功率考慮 , 多數(shù)為十瓦 (W)到數(shù)千瓦 (kW)的電動(dòng)機(jī) 。 對(duì)于交流電動(dòng)機(jī) , 電力變換器首先將其電壓 、 電流和頻率控制到希望的數(shù)值 , 然后對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行控制 , 進(jìn)而對(duì)電動(dòng)機(jī)的位置進(jìn)行控制 。 正如前面講過(guò)的那樣 , 通過(guò)電力變換器 , 將商用電源的電壓 、 電流和頻率進(jìn)行交換 , 然后對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制 。 機(jī)器人的位置控制 直流傳動(dòng)系統(tǒng)的建模 傳遞函數(shù)與等效方框圖 伺服電機(jī)的參數(shù)： 機(jī)器人的位置控制 直流傳動(dòng)系統(tǒng)的建模 傳遞函數(shù)與等效方框圖 （ 1）磁場(chǎng)型控制電機(jī) 22222,??????ccmcmmmmmfmmfffffkKffFJJJKdtdFdtdJTikTdtdilirv??????????? 機(jī)器人的位置控制 直流傳動(dòng)系統(tǒng)的建模 傳遞函數(shù)與等效方框圖 Laplace變換得： )()()()()()()()(2sKFsJssTsIksTsIslrsVmmfmmffff???????))(()()(2 KFsJsslrksVsffmfm????? 機(jī)器人的位置控制 直流傳動(dòng)系統(tǒng)的建模 傳遞函數(shù)與等效方框圖 一般可取 K=0，則有等效框圖 同時(shí)，傳遞函數(shù)變?yōu)? 機(jī)器人的位置控制 直流傳動(dòng)系統(tǒng)的建模 傳遞函數(shù)與等效方框圖 ：電氣時(shí)間常數(shù)； ：機(jī)械時(shí)間常數(shù)。 下圖 PUMA機(jī)器人的伺服控制系統(tǒng)構(gòu)成 機(jī)器人的位置控制 位置控制的基本結(jié)構(gòu) PUMA機(jī)器人的伺服控制結(jié)構(gòu) 機(jī)器人的位置控制 單關(guān)節(jié)位置控制器 位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 具有力、位移、速度反饋 機(jī)器人的位置控制 單關(guān)節(jié)位置控制器 位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 控制器路徑點(diǎn)的獲取方式： （ 1）以數(shù)字形式輸入系統(tǒng)；若以直角坐標(biāo)給出，須計(jì)算獲 得其關(guān)節(jié)坐標(biāo)位置。 2）這時(shí)各關(guān)節(jié)的位置和速度會(huì)互相作用，因此，必須進(jìn)行附加補(bǔ)償。m/A)時(shí) , 可求得轉(zhuǎn)矩為 Tm=KT(II0) 式中 ,I0為軸等零件上承受的摩擦轉(zhuǎn)矩的換算值 , 多數(shù)情況下可以忽略不計(jì) ,但是當(dāng)電動(dòng)機(jī)的輸出比較小時(shí) , 就不能忽略不計(jì) 。 圖 直流電動(dòng)機(jī)速度與轉(zhuǎn)矩特性 2. 前面我們用式 ()給出了表 B的速度與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 。 S2和 S4接通時(shí) ,端子上的電壓為 0。 現(xiàn)在如果設(shè)換算到電動(dòng)機(jī)軸上的全部轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 J, 黏性摩擦系數(shù)為 D, 負(fù)載力矩為 TLm,則這個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式可以由下式給出 : mmmddLL TTDtJ ??? ??() 圖 減速器 多數(shù)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都采用了如圖 。 此外 , 在確定電動(dòng)機(jī)時(shí) , 應(yīng)該根據(jù)式 ()在大范圍內(nèi)設(shè)定加減速時(shí)的電流 , 其結(jié)果是增大了電力變換器的容量 。 因此 ,如圖 , 可以把由電流傳感器檢測(cè)得到的實(shí)際電動(dòng)機(jī)電流 i與電流指令 i*比較 , 得到電流誤差 : 圖 力控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖 在這種方法中 ,根據(jù)圖 (a)中表示的三角波信號(hào) SWΔi的大小關(guān)系 , 生成斷路器的開／關(guān)信號(hào) 。 圖 速度控制系統(tǒng) 采用以測(cè)速發(fā)電機(jī)和編碼器為代表的速度傳感器 ,可以檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度 。 在位置控制器中 ,一般都采用比例控制方法得到速度指令 , 多數(shù)情況下其形式為 ?? ??? pos*m K() 但是在機(jī)器人的控制中 ,位置指令常常由系統(tǒng)前面的函數(shù)形式給出 , 如圖 , 將位置指令的微分形式疊加到速度指令上 , 同時(shí)采用了前饋控制 。 (3) 設(shè)確定位置的精度為 。cm, 靜摩擦力矩 Tf0為 4 N cm) () () () () 圖 負(fù)載力矩 TL的變化 3 . 電動(dòng)機(jī)的選定 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的速度 轉(zhuǎn)矩特性由圖 , 有必要檢驗(yàn)這個(gè)電動(dòng)機(jī)是否滿足前面的設(shè)計(jì)方法 。 因此 , 對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的選擇 , 應(yīng)能最充分地發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的性能 。 因?yàn)闇p速比為 1／ 10, 所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為 600轉(zhuǎn) , 脈沖編碼器的脈沖數(shù)為 600 50=30 000個(gè)脈沖 。 在低速情況下 , 則是通過(guò)在脈沖編碼器的脈沖間隔內(nèi) , 用統(tǒng)計(jì)細(xì)小脈沖數(shù)目的方法來(lái)進(jìn)行速度檢測(cè) 。 當(dāng)負(fù)載是由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JL、 具有摩擦系數(shù) D的摩擦和外力 τL構(gòu)成時(shí) ,其運(yùn)動(dòng)方程式可以表示成下式 : mm m mmd()dLLTJ J DtKi?? ? ??? ? ? ??() 通常 , 摩擦比較小 , 因此多數(shù)情況下可以忽略不計(jì)。如果對(duì)速度模式進(jìn)行積累 (積分 ), 即可得到指令要求的距離 。 在圖 ,設(shè) K1K2/KE=K,并且采用偏差 E(s)=Ω*(s)Ω(s)時(shí) ,可以得到下式 : )(111)(msEsKsTsΩ ????() 當(dāng)用 E(s)=Ω*(s)Ω(s)取代 E(s)時(shí) , 從輸入量 Ω*(s)到輸出量Ω(s)之間的傳遞函數(shù)就變成了 )(2)(1)()()1(1)1()(*2n22*mm2m*m2*mmsΩssnsΩTKsTsTKsΩKsTsKsΩsTsKsTsKsΩn????????????????() 式中 , 設(shè) mnmn12,21,TKTTK ??? ????其中 ,ωn為固有頻率 ,ξ為衰減常數(shù) 。 。 在圖 ,表示了補(bǔ)償后的方框圖和各部分的信號(hào)波形圖 。)1()(pm2 sΩKKKKTsKsΩSD ????() 圖 IPD補(bǔ)償后的速度控制系統(tǒng)方框圖 在圖 ,將電流 I(s)進(jìn)行反饋 , 并且將其與指令電流 I*(s)進(jìn)行比較 , 從而可以構(gòu)成電流控制 。 如果摩擦系數(shù) D非常小而可以忽略時(shí) , 則可以得到下式 : )(22)( *2n22n sΩssssΩnn??????????() 式中 , JKKKJKK TVpTVn 21, ?? ?? 圖 ξ=1時(shí)的階躍響應(yīng) 。 正如在 過(guò)的那樣 , 如果進(jìn)行電流反饋 , 就可以實(shí)現(xiàn)電流控制 。 控制軟件可以用任何語(yǔ)言來(lái)編制 , 但由通用語(yǔ)言模塊化而編制形成的專用工業(yè)語(yǔ)言越來(lái)越成為工業(yè)機(jī)器人控制軟件的主流 。 (7) 傳感器接口 : 用于信息的自動(dòng)檢測(cè) , 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 。 6. 對(duì)于表 A和電動(dòng)機(jī) B, 試求與本章中式 ()相當(dāng)?shù)乃俣扰c轉(zhuǎn)矩的關(guān)系式 。 7. 考慮采用一個(gè)能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩為負(fù)載轉(zhuǎn)矩兩倍的電動(dòng)機(jī) , 使具有一定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載 ,從轉(zhuǎn)速為 0開始 ,加速到轉(zhuǎn)速為 ωm的情況 。 (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 。 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。 iKtJ T?? ??22dd() 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成 1. 硬件 : (1) 傳感裝置 : 主要用以檢測(cè)工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置 、 速度和加速度等 , 即感知其本身的狀態(tài) , 可稱為內(nèi)部傳感器 。 圖 加了電流控制后的速度控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng) (ξ =1) 到現(xiàn)在為止 ,都是由位置的偏差來(lái)計(jì)算速度模式 , 利用針對(duì)指令速度的速度控制系統(tǒng)實(shí)施位置控制 。 這是因?yàn)橛删€圈的電感 L造成的電流相對(duì)于電壓的滯后 , 以及速度電動(dòng)勢(shì) KEΩ(s)可以忽略 。 當(dāng) T2的值增大時(shí) , 波形上升得更高 。 。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可識(shí)別式 ()中的常數(shù) Tm、 K和 ξ。 當(dāng)用脈沖檢測(cè)速度時(shí) ,可用脈沖構(gòu)成指令速度 , 然后用計(jì)數(shù)器累積計(jì)算其差值 , 于是可以求得位置的差值 。 求這時(shí)從輸入 V(s)到輸出 Ω(s)的傳遞函數(shù) 。 圖中 L為線圈的電感 ,Li為磁通 , 磁通對(duì)時(shí)間的微分為電壓 。 另外 ,因最大速度為 3000r/min, 故每秒脈沖編碼器的脈沖數(shù)為 (3000/60) 50=2500個(gè)脈沖 。 檢測(cè)位置用的脈沖編碼器 (PE)和檢測(cè)速度用的測(cè)速發(fā) 電機(jī) (TG) 首先 ,考慮脈沖編碼器每一轉(zhuǎn)內(nèi)的脈沖數(shù)目 。cm,如果設(shè)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為 95Ncm2。 (