机器人的基本控制方法

1、 控制系统的作用是根据用户的指令对机构本体进行操作和控制系统的作用是根据用户的指令对机构本体进行操作和控制，完成作业的各种动作。控制，完成作业的各种动作。下面通过下面通过PUMA机器人来说明机器人的控制系统机器人来说明机器人的控制系统:PUMA机器人是美国机器人是美国Unimation公司于公司于20 世纪世纪70 年代末推出的年代末推出的商品化工业机器人。有多个系商品化工业机器人。有多个系列的产品，每个系列产品都有列的产品，每个系列产品都有腰旋转、肩旋转、肘旋转和手腰旋转、肩旋转、肘旋转和手腕的回转、弯曲和旋转轴，构腕的回转、弯曲和旋转轴，构成六自由度的开链式机构。具成六自由度的开链式机构。

2、具有速度快、精度高、灵活精巧、有速度快、精度高、灵活精巧、编程控制容易等特点，广泛应编程控制容易等特点，广泛应用，用，PUMA机器人控制器采用机器人控制器采用逆运算机分级控制结构，使用逆运算机分级控制结构，使用VAL机器人编程言机器人编程言。二、二、PUMA-562 控制器硬件配置及结构控制器硬件配置及结构(Hardware) PUMA-562控制器为多控制器为多CPU两级控制结构两级控制结构 上位计算机采用上位计算机采用Q-Bus总线作为系统总线总线作为系统总线 上位计算机配有上位计算机配有64kB RAM内存，两块四串口板，一块内存，两块四串口板，一块 I/O并行接口板，与下位机通信的并行

3、接口板，与下位机通信的A接口板接口板 与上位机联接的与上位机联接的I/O设备有设备有CRT显示器和键盘、示教显示器和键盘、示教 盒、软盘驱动器，通过串口板还可接入视觉传感器、高盒、软盘驱动器，通过串口板还可接入视觉传感器、高 层监控计算机、实时路径修正控制计算机层监控计算机、实时路径修正控制计算机接口板接口板A、B是上下位机通们的桥梁。上位机经过是上下位机通们的桥梁。上位机经过A、B接接 口板向下位机发送命令和读取下位机信息。口板向下位机发送命令和读取下位机信息。A板插在上位板插在上位 机的机的Q-Bus总线上，总线上，B板插在下位机的板插在下位机的J-Bus总线上，总线上，A、B 接口板之间

4、通过扁平信号电缆通信。接口板之间通过扁平信号电缆通信。 B板上有一个板上有一个A/D转换器，用于读取转换器，用于读取B接口板传递的各关接口板传递的各关 节电位器信息，电位器用于各关节绝对位置的定位。节电位器信息，电位器用于各关节绝对位置的定位。 下位计算机系统下位计算机系统: 由六块以由六块以6503CPU为核心的单板机组成，每为核心的单板机组成，每 块板块板负责一个关节的驱动，构成负责一个关节的驱动，构成6个独立的数字伺服控制个独立的数字伺服控制回路。回路。 下位机的每块单板机上都有一个下位机的每块单板机上都有一个D/A转换器，其输出转换器，其输出分分 别接到别接到6块功率放大器板的输入端。

5、功率放大块功率放大器板的输入端。功率放大器输出与器输出与6台直流伺服电机相接台直流伺服电机相接。 PUMA-562 机器人控制器硬件还包括一块机器人控制器硬件还包括一块C 接口板、接口板、 一块高压控制板和六块功率放大器板，这几块板插一块高压控制板和六块功率放大器板，这几块板插 在另外的一个专门设计的功率放大器总线上。在另外的一个专门设计的功率放大器总线上。C 接口接口 板用于手臂电源和电饥制动的控制信号传递，放障检板用于手臂电源和电饥制动的控制信号传递，放障检 测，制动控制。高压控制板提供电机所需的电压，还测，制动控制。高压控制板提供电机所需的电压，还 控制手爪开闭电磁阀。控制手爪开闭电磁阀

6、。 三、三、PUMA-562 控制器软件系统的工作原理控制器软件系统的工作原理(Software) PUMA-562 控制器软件控制器软件 上位机软件：系统编程软件上位机软件：系统编程软件 下位机软件：伺服软件下位机软件：伺服软件 系统软件提供软件系统的各种系统定义、命令、语言及其编译系统。系统软件提供软件系统的各种系统定义、命令、语言及其编译系统。系统软件针对各种运动形式的轨迹规划，坐标变换，完成以系统软件针对各种运动形式的轨迹规划，坐标变换，完成以28ms时间时间间隔的轨迹插补点的计算、与下位机的信息交换、执行用户编写的间隔的轨迹插补点的计算、与下位机的信息交换、执行用户编写的VAL语言机

7、器人作业控制程序、示教盒信息处理、机器人标定、故障语言机器人作业控制程序、示教盒信息处理、机器人标定、故障 检测及异常保护等。检测及异常保护等。 PUMA-562 控制系统下位机软件驻留在下位单片机的控制系统下位机软件驻留在下位单片机的EPROM中。伺中。伺服控制关节的运动。服控制关节的运动。PUMA机器人仍然采用机器人仍然采用PID控制。控制。 )()(,)0()(,)0()(,)0(,554433221000000tatatatataattttqqqrrffffffiii用多项式：件，表示为：速度和加速度为边界条为其初始值和终止值分别记为把关节变量为说明轨迹生成过程，和为间运动。对应关节变

8、量和设手端在点 200055200044200033020100)()66(121221)23()1614(303021)3()128(202021,21,fffffffffffffffffftttatttatttaaaa 待定系数如下： 自然约束：当机器人手端（常为机器人乎臂端部安装的工自然约束：当机器人手端（常为机器人乎臂端部安装的工 具）与环境（作业对象）接触时，环境的几何具）与环境（作业对象）接触时，环境的几何 特性构成对作业的约束特性构成对作业的约束 自然位置约束：当手部与固定刚性表面接触时，不能自由自然位置约束：当手部与固定刚性表面接触时，不能自由 穿过这个表面穿过这个表面(在法线

9、方向在法线方向) 自然力约束：若这个表面是光滑的，则不能对手施加沿表自然力约束：若这个表面是光滑的，则不能对手施加沿表 面切线方向的力面切线方向的力(在切线方向在切线方向)自然约束自然约束 力：在切线方向上力：在切线方向上 位置：在法线方向位置：在法线方向人为约束人为约束 力：在法线方向力：在法线方向 以保证与自然约束相符以保证与自然约束相符 位置：在切线方向上位置：在切线方向上 a）自然约束力：）自然约束力：F=0 人为约束：人为约束：(产生一个沿产生一个沿Z轴向下的运动轴向下的运动) 0 0 0 0 0为竖直向下的速度为竖直向下的速度 b）自然约束：）自然约束： = 0 = 0= 0 = 0= 0= 0 人为约束：人为约束： = 0 = 0 = = 0 = 0 在平面上滑动为保持与平面接触在平面上滑动为保持与平面接触 所需要的小的正压力。所需要的小的正压力。为销子对平面的正压力，为销子对平面的正压力， 为为 销的滑动速度。当检测到沿销的滑动速度。当检测到沿Z的速度，表明销子进入孔中。的速度，表明销子进入孔中。c) c、自然约束：、自然约束： = 0 = 0= 0= 0 = 0= 0 人为约束：人为约束： = 0= 0= 0= 0 = 0为销子插入孔中的速度为销子插入孔中的速度 自然约束发生变化的情况总是通过对一些量的自然约束发生变化的情况总是通过对一些量的 检测发现的而检测量