【正文】 ，所以，目前的機(jī)器人控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上大多數(shù)采用分層結(jié)構(gòu)的微型計算機(jī)控制系統(tǒng)，通常采用的是 兩級計算機(jī)伺服控制系統(tǒng) 。這些參數(shù)經(jīng)過通信線路輸出到伺服控制級作為各個關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)的給定信號。 在控制過程中，工作人員可直接監(jiān)視機(jī)器人的運動 狀態(tài)，也可從顯示器等輸出裝置上得到有關(guān)機(jī)器人運動 的信息。 應(yīng)用領(lǐng)域包括機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等。運動控制器提 供高級語言函數(shù)庫和 Windows 動態(tài)連接庫，可以實 現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 機(jī)器人控制系統(tǒng) 引言 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成 硬件 ——運動控制器應(yīng)用 引言 機(jī)器人控制系統(tǒng) 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) ???????????????????????????程序?qū)崟r監(jiān)視、故障報警等監(jiān)控軟件程序作業(yè)任務(wù)程序編制環(huán)境編程軟件程序運動學(xué)、動力學(xué)和插補運算軟件實時動作解釋執(zhí)行程序動作控制軟件應(yīng)用軟件單片機(jī)、運動控制器系統(tǒng)初始化程序個人微機(jī)、小型計算機(jī)計算機(jī)操作系統(tǒng)系統(tǒng)軟件 機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成 軟件 機(jī)器人控制系統(tǒng) 引言 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 控制過程 ： 示教人員將機(jī)器人作業(yè)任務(wù)中要求手的運動預(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)運動狀態(tài)參數(shù)記憶存儲在存儲器中。 作業(yè)任務(wù) 手的運動 關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動 關(guān)節(jié)運動參數(shù) 控制系統(tǒng) 驅(qū)動裝置 關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動 示教 記憶 再現(xiàn) 驅(qū)動 反饋 示教再現(xiàn)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 示教再現(xiàn)控制 示教方式 記憶過程 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 示教方式 機(jī)器人示教的方式種類繁多，總的可以分為 集中示教方式 和 分離示教方式 。 分離示教方式 將機(jī)器人手部在空間的位姿、速度、動作順序等參數(shù)分開單獨進(jìn)行示教的方式，一般需要示教多次才可生成關(guān)節(jié)運動的伺服指令，但其效果要好于集中示教方式。 示教再現(xiàn)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 示教方式 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，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。 示教再現(xiàn)控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 2/4/2023 記憶過程 示教 關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動 變換裝置 控制系統(tǒng) 傳感裝置 存儲器 檢測 轉(zhuǎn)換 保 存 在示教的過程中，機(jī)器人關(guān)節(jié)運動狀態(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)，控制系統(tǒng)就將這些數(shù)據(jù)保存在存儲器中，作為再現(xiàn)示教過的手的運動時所需要的關(guān)節(jié)運動參數(shù)數(shù)據(jù)。 記憶容量 取決于控制系統(tǒng)存儲器的容量。 由機(jī)器人運動學(xué)可知，機(jī)器人手部的運動是由各個關(guān)節(jié)的運動引起的，所以 控制機(jī)器人手部的運動實際上是通過控制機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的運動實現(xiàn)的 。機(jī)器人控制系統(tǒng)根據(jù)運算得到的關(guān)節(jié)運動狀態(tài)參數(shù)控制驅(qū)動裝置，驅(qū)動各個關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動，從而合成手在空間的運動，由此完成要求的作業(yè)任務(wù)。這一步一般可 離線完成 。 第一步 第二步 驅(qū)動 動力學(xué) 正解 運動學(xué) 逆解 作業(yè)任務(wù) 手的運動 關(guān)節(jié)位移、 速度、加速度 關(guān)節(jié)驅(qū)動力（矩） 驅(qū)動裝置 關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動 控制系統(tǒng) 反饋 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 關(guān)節(jié)運動的伺服控制 機(jī)器人語言 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 軌跡規(guī)劃 機(jī)器人關(guān)節(jié)運動伺服指令的軌跡規(guī)劃生成方法是指根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的機(jī)器人手部在空間的位姿、速度等運動參數(shù)的變化，通過機(jī)器人運動學(xué)方程的求解和各種插補運算等數(shù)學(xué)方法最終生成相應(yīng)的關(guān)節(jié)運動伺服指令。 ? PTP下的軌跡規(guī)劃是在 關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間 進(jìn)行。 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程 （ 1） PTP下的軌跡規(guī)劃 步驟： 第一步 ：由手的位姿得到對應(yīng)關(guān)節(jié)的位移； 第二步 ：不同點對應(yīng)關(guān)節(jié)位移之間的運動規(guī)劃； 第三步 ：由關(guān)節(jié)運動變化計算關(guān)節(jié)驅(qū)動力（矩）。 機(jī)器人運動學(xué)逆解 BA MM iBiA qq實現(xiàn)方法 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程 （ 1） PTP下的軌跡規(guī)劃 第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值 問題 ：起點的變量取值如何變化到終點的變量取值？ iBiA qqt0 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程 （ 1） PTP下的軌跡規(guī)劃 第二步：已知機(jī)器人起點和終點 的關(guān)節(jié)變量取值 分析 ：起點的變量取值如何 變化到終點的變量取值？ 若按線性變化，則有： iBiA qqt0 )(tq )(tq? )(tq??t0 0 ?? 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程 （ 1） PTP下的軌跡規(guī)劃 第二步：已知機(jī)器人起點和終點 的關(guān)節(jié)變量取值 分析 ：起點的變量取值如何 變化到終點的變量取值？ 若加速度無沖擊，則有： iBiA qqt0 )(tq )(tq? )(tq??t0 0 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程 （ 1） PTP下的軌跡規(guī)劃 第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值 A、三次多項式插值運算 設(shè)起點到終點的位移變化規(guī)律為： 則速度為： 332210)( tatataatq ???? 2321 32)( tataatq ???? 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程 （ 1） PTP下的軌跡規(guī)劃 第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值 A、三次多項式插值運算 關(guān)節(jié)運動需要滿足的約束條件可表示為 ： 位移約束 速度約束 ?????BAqtqqq)()0(0??? ??0)(0)0(0tqq?? 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程 （ 1） PTP下的軌跡規(guī)劃 第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值 A、三次多項式插值運算 由此可得有關(guān)系數(shù) 的 4個線性方程為： 3210 , aaaa????????????????203021130320202303200tataaatatataaqaqBA 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程 （ 1） PTP下的軌跡規(guī)劃 第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值 A、三次多項式插值運算 求解該方程組即可得： ????????????????)(2)(3030320210ABABAqqtaqqtaaqa 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程 （ 1） PTP下的軌跡規(guī)劃 第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值 A、三次多項式插值運算 將其代入下式： 可得該關(guān)節(jié)變量隨時間的變化規(guī)律。 332210)( tatataatq ???? 運動控制 機(jī)器人及其控制原理 * 第 4章 機(jī)器人控制技術(shù) 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成 軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程 （ 1） PTP下的軌跡規(guī)劃 第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值 B、多點的三次多項式插值運算 如果要求在路徑點處的加速度連續(xù)，則可用兩條三次曲線在路徑點處連接起來，拼湊成所需要的運動軌跡，這時路徑點處的速度不僅要連續(xù)，而且加速度也要連續(xù) 。 31321211101 )( tatataatq ???? 32322221202 )( tatat