【正文】 始焊接。 左圖示出了一臺點焊機器人。 機器人的動作與控制 動作順序控制 下面考察從某點到目標(biāo)點機器人怎樣動作。 例如，如上圖 b所示，在手指尖設(shè)置測力傳感器，一邊檢測手上的作用力，一邊在橫方向上移動到剩余力不作用的位置 (孔的正上方 )，同時將棒插入孔中。如果用這個剛性手將捧插入孔中，則會發(fā)生切入現(xiàn)象 (棒被卡住不動，就像我們平時拉抽屜常常被卡住一樣 )。圖 (a)中，為了提高手的位置精度，即使有少許誤差，也會經(jīng)過控制產(chǎn)生很大的力以消除誤差。配合作業(yè)是組合作業(yè)中最基本的操作。因此如圖所示，以預(yù)先求出的力作為補償力，通過執(zhí)行機構(gòu)施加給控制對象。圖 (b)中示出了為跟隨預(yù)置函數(shù)曲線 ， 設(shè)置了插補點 C， D， E， F， G， H， … ，在 x方向和 z方向上實行 PTP控制。因此要事先預(yù)置一個用極限力能夠充分跟隨的平滑函數(shù)，并且使機器人的運動路徑與之相一致。運動速度增加時，加于臂和手的力也要增大，然而，機器人的力是有限度的。 對于焊接機器人和油漆機器人等，路徑和移動速度是確定的。 機器人的動作與控制 采用插補的模擬 CP控制的優(yōu)點在于，使機器人識別路徑的工作變得簡單了，從而節(jié)省了控制用計算機的存儲單元。 為了求得坐標(biāo)小段值，把 C點和 D點之間 5等分：其每段長度 l mm即為小段值。 圖中僅示出直角坐標(biāo)系的 x軸 (設(shè) y＝ z＝ 0)。 機器人的動作與控制 為了使插補點間的路徑與計劃路徑相同，如果作為目標(biāo)的插補點的坐標(biāo)已經(jīng)給出，可以將目標(biāo)的坐標(biāo)與當(dāng)前位置坐標(biāo)之差，分割成幾小段，并求得每段的數(shù)值，然后在當(dāng)前位置坐標(biāo)上加上小段值并使這一和值成為目標(biāo)值。 則前進 5mm需要 5? 60／ 1000＝ 。例如，如果允許誤差范圍，即位置精度為 ?， 則插補點的間隔 (AC， CD， …) 通常為 5mm。計算機運算時間的 80％以上用于這種坐標(biāo)變換，所得結(jié)果放入存儲器。 機器人的動作與控制 由于焊接機器人的路徑為連接 A， B兩點的直線，故為了在直線上進行插補，將 A， B兩點間直線分成適當(dāng)?shù)拈g隔，求出間斷點的坐標(biāo)。確定 A， B兩點之間的 C， D， E各點坐標(biāo)的過程稱為插補。但是，要指定全部路徑需要存儲非常大量的目標(biāo)坐標(biāo)，這時如果采用傳統(tǒng)的模擬式位置隨動系統(tǒng)，精度將變差，這是 CP控制的不足之處。這種移動路徑控制稱為 CP控制 (continuous Path contro1)。 機器人的動作與控制 路徑 (運動軌跡 )控制 焊接機器人如右圖所示。即由一組 PTP控制來完成。為了避開障礙物，在途中準(zhǔn)備了 C點和 D點。 機器人的動作與控制 最后，如右圖所示，考慮在 A點和 B點間有障礙物的情況。對于使物體從 A點移動到 B點的命令， “ 教師機器人 ” 知道所描述的是怎樣的一條運動軌跡。下圖中， “ 教師機器人 ” 在其計算機中預(yù)先設(shè)置了計算機程序。 然而，在事先無法知道慣性矩的情況下，該怎么辦呢 ?這時，有一種稱之為自適應(yīng)控制的方法，可以 “ 適應(yīng) ” 事先不知道的狀況的變化。手臂上 抬 引起的較大慣性矩還會使超調(diào)量增大。 機器人的動作與控制 對同樣的物體，手臂的姿勢有時也會不同，如下圖所示。慣性矩增大時，驅(qū)動力要相應(yīng)增大，這一工作由計算機來判斷，然后向執(zhí)行機構(gòu)送出指令。停止時，不能快速停下來，同時將產(chǎn)生過調(diào)節(jié)。手臂圍繞其軸線轉(zhuǎn)動時，重的物體其慣性矩增大。 PTP控制時僅限于從 A點到達 B點，至于途中所經(jīng)過的路徑是不重要的。由圖可知，機器人由檢測部分、控制部分、驅(qū)動部分以及動力源等構(gòu)成。然后將計算結(jié)果送到驅(qū)動器。最后把手松開放下物體。如果機器人持物運動時遇有障礙物，不能按最短距離移動，那么移動路線應(yīng)事先確定。因此在手指尖采用了 “ 觸覺傳感器 ” ，以便對抓持力進行調(diào)整，使物體在手中不滑動。然后是用手抓持物體。停止時如果急劇減速，由于慣性會發(fā)生超調(diào) (過調(diào)節(jié) )。停止時為了能讓手抓住物體，應(yīng)恰好停在 A點。若手慢慢接近物體會使工作效率低下。機器人的 “ 眼睛 ” 稱為視覺傳感器。 機器人的動作與控制 首先，機器人必須看到位于 A點的物體。到達 B點后將手放開。首先，讓手接近所看到的位于 A點的物體，使手接觸并抓住物體。 按運動坐標(biāo)控制，可分為關(guān)節(jié)空間運動控制、直角坐標(biāo)空間運動控制； 按軌跡控制方式，可分為點位控制、連續(xù)軌跡控制； 按控制系統(tǒng)對工作環(huán)境變化的適用程度控制方式，可分為程序控制、適應(yīng)性控制、人工智能控制； 按運動控制方式，可分為位置控制、速度控制、力（力矩）控制（包括位置 /力混合控制）； 位置控制 使機器人的手、臂等到達目標(biāo)位置的控制稱為位置控制。 根據(jù)不同的分類方法，機器人控制方式可以劃分為不同類別。 從總體上看，機器人控制方式可以分為動作控制方式和示教控制方式。研究下圖所示的機器人把物體從 A點向 B點移動的操作。然后轉(zhuǎn)動手臂使物體從 A點向 B點移動。現(xiàn)在就讓機器人來做這個簡單的工作。如果機器人用 “ 眼睛 ” 來看物體的話，那么機器人必須有視覺。知道了物體位于 A點之后，裝在手臂內(nèi)作為 “ 動力源 ” 的電機、油缸等開始動作，使作為驅(qū)動器可動部分的手接近物體。應(yīng)該首先讓手快速移動，臨近物體時減速并緩慢接近 A點。因此必須用視覺傳感器不斷測量目標(biāo) A點與現(xiàn)在位置的距離。因此，減小超調(diào)量，并減小由此而產(chǎn)生的振動，這才是好的控制。若抓持力太小則物體馬上會掉下去；若抓持力過大則物體可能會被抓壞 (例如抓持紙杯或蛋類等 )。假定已經(jīng)很好地抓住了物體，現(xiàn)在把它從 A點移向 B點，當(dāng)然希望所經(jīng)過路徑的距離為最短。與接近A點時的情況相同，首先以高速接近 B點，然后降速，由傳感器測量目標(biāo)B點與當(dāng)前位置的距離而恰好停止在 B點。 機器人的動作與控制 上述動作中，從傳感器 (檢測部分 )獲得位置、速度、滑動等信息，送到作為頭腦的計算機 (控制部分 )，計算出手臂的移動速度、作用于手臂的力，以及手的抓持力等。其原理如下圖所示。 機器人的動作與控制動力源（電氣、液壓）計算機驅(qū)動器（臂、手）傳感器（視覺、觸覺）控制對象 機器人的動作與控制手到達A點了嗎開始伸展手腕讓手接近 A點手腕伸展停止，施力于手，抓住物體物體不滑動嗎 NoNoYesYes轉(zhuǎn)動手腕從 A點向 B點移動手到達B點了嗎手腕轉(zhuǎn)動停止，除去手的抓力，放開物體物體從手中放開了嗎結(jié)束NoYesYesNo 機器人的這種從 A點向 B點移動的重復(fù)進行的控制稱為 PTP控制(point to Point contro1)。 下面研究從 A點向 B點運送物體的重量增加時的情況 (參見下圖 )。因此，機器人的手臂從 A點轉(zhuǎn)動到 B點時，慣性矩大時啟動會慢。怎樣才能做到任意重量的物體都能以同樣的速度停在 B點呢 ?慣性矩較大時，用較大的力來操作手臂就可以了。因此，必須事先了解物體的重量并輸入計算機。圖 (a)的手臂下垂，手臂轉(zhuǎn)動的慣性矩較??；圖 (b)的手臂抬起，慣性矩較大。這時，根據(jù)手臂的姿勢事先計算慣性矩，使驅(qū)動力與慣性矩成比例變化，為此需要設(shè)計相應(yīng)的計算機程序。下面舉例說明。 [“ 教師機器人 ” 不是實際上的物體 (硬件 )而是計算機程序 (軟件 )]。而實際的機器人則控制力的增減，使自己所描述的軌跡與 “ 教師機器人 ” 給出的軌跡相近。假定從 A點向 B點轉(zhuǎn)動手臂時，手臂碰到了障礙物。首先從 A點行進到 C點，然后從 C點到 D點，最后從 D點到 B點。在下面的運動軌跡控制中也用到了上述方法。焊接時，從 A點到 B點所經(jīng)過的路徑并非任意的，必須控制手的移動，使焊接沿著兩塊板的接縫進行。 實現(xiàn) CP控制時，必須進行位置控制，并且是對目標(biāo)坐標(biāo)的連續(xù)控制。于是我們不直接進行連續(xù)軌跡 (CP)的控制，如左圖所示，在 A點和 B點之間設(shè)置了 C， D， E， … 等多個目標(biāo)點，就像踩著幾塊石頭過一條小溪一樣地按順序進行 PTP控制，可以認(rèn)為這是一種近似的 CP控制。插入途中點進行的 PTP控制稱為模擬 CP控制。根據(jù)這些點的坐標(biāo)求出機器人各個軸的位置和角度 (即把位于用戶方便的坐標(biāo)系的位置和角度進行坐標(biāo)變換，變換為機器人的軸和關(guān)節(jié)的位置和角度 )。 插補點的間隔必須確定，同時即使不進行路徑控制所經(jīng)路徑也必須有一個允許的誤差范圍，如下圖所示。 如果焊接時的速度為 1m／ min。所以實際機器人移動時，隨著手臂移動，每隔 補點坐標(biāo)，作為各軸的給定值。例如，在下圖中，焊接機器人的手位于 C點 (x＝ 5mm)。 作為目標(biāo)的插補點為 D點 (x＝ 10mm)。于是，從 C點向 D點移動時，只要向 x＝ 5十ll ＝ 6mm點移動就可以了，而下一次移動目標(biāo)為 x＝ 5十 l2 ＝ 7mm點?？傊?，要根據(jù)必要的位置精度、焊接棒的移動速度、計算機的運算時間及存儲器容量等來決定進行怎樣的插補。在其他用途中，