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第九章 控制系统

上传者:马起跃
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上传时间:2015-04-26
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第九章 控制系统

机器人控制

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&第九章机器人控制系统

9.1 概述

一般地说,机器人控制问题分为下面两部分:(1)求得操作机的动态模型;(2)利用这些模型确定控制规律或策赂,以达到所需的系统响应和性能。控制问题的第一部分已在动力学中详细论述,这里将讨论控制问题的第二部分。

机器人控制

机器人控制时,要求操作机各关节按所规划的轨迹运动。而控制系统中的驱动器是由力矩指令驱动关节运动的。

&&d(t)+h(qd(t),q&

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d(t))+G(qd(t))τ(t)=D(qd(t))q

实际上,动力学模型不可能绝对准确,而且系统中还存在干扰和噪声。因此,开环控制策略是不适用的。通常采用关节传

感器构成闭环反馈控制。从控制分析的观点出发,机器人操作机的运动是分两个不同的控制阶段来完成的。首先是粗调运动控制,操作机从一个起始位姿沿着规划的轨迹移向所需目标位姿的附近;其次才是微调运动控制,操作机的末端执行器与目标位姿动态地交互作

2用,运用传感器反馈信息来完成这一任务。

机器人控制

早期的设计工业机器人操作机控制系统的方法,把操作机的每个关节当作一个简单的伺服机构来处理。这种方法不能充分地模拟一个操作机变化的动态特性,因为它忽视了整个手臂机构的运动耦合和结构。而实际的受控系统参数变化显著,足以使常规的反馈控制策略失效。其结果是降低了伺服系统响应速度和阻尼,使其只能适应有限精度的作业。因此,按这种方式控制的操作机运动速度低,并伴有不必要的振动。

要想在这方面或机器人操作机控制的其它范围获得明显的性能改进,就必须考虑更有效的动态模型、更高级的控制方法和计算机体系结构的运用。

3

机器人控制

如果把机器人操作机控制看作路径—轨迹追踪问题,其运动控制便可分为四大类:

1、关节运功控制

关节伺服机构(如PUMA机器人控制方法)、计算力矩方法、最短时间控制、可变结构控制、非线性解耦控制;

2、分解运动控制(笛卡尔空间控制)

分解运动速度控制、分解运动加速度控制、分解运动力的控制。

3、自适应控制

模型参照自适应控制、自调整自适应控制、有前馈补偿的自适应扰动控制、分解运动自适应控制;

4、智能控制

递阶控制、模糊控制、神经网络控制等。4

机器人控制

9.2 关节运动控制

关节控制具有多种形式,包括非伺服控制、伺服控制、位置和速度反馈控制、力(力矩)控制、基于传感器的控制、非线性控制、……。

9.2.1 位置控制

在设计模型时,提出下列两个假设:

(1)机器人的各杆件是理想刚体,因而所有关节都是理想的,不存在摩擦和间隙;

(2) 相邻两连杆间只有一个自由度,或为完全旋转的,或是完全平移的。

5

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