机器人课件-机器人控制

5机器人控制5.1概述5.2单自由度机器人的控制5.3多关节机器人的控制方法5.1概述构成机器人控制系统的要素主要有：计算机硬件系统及控制软件；输入／输出设备；驱动器；传感器系统。它们之间的关系如图所示：5.1.1机器人控制的特点1.机器人的控制与机构运动学和动力学密切相关.2.机器人系统是一个多变量强耦合的控制系统.3.多数机器人控制系统中都含有非最小相位系统.4.机器人的数学模型是一个多变量、强耦合、非线性时变系统模型。5.采用混合控制方式6.机器人控制系统必定是计算机控制系统7.存在“最优”问题.5.1.2机器人的控制方式工业机器人的控制方式分类：（见讲义图表）5.1.3机器人示教编程方式1.直接示教法2.遥控示教法3.间接示教法4.离线示教法5.2单自由度机器人的控制5.2.1单关节的线性模型和控制一、单关节的传递函数直流电机驱动原理图这一方程代表单关节控制系统输入电压与关节角位移之间的传递函数.系统的方框图(未忽略电感La的作用)化简推导二.单关节的位置控制器eK()mKSJfSdL无阻尼自振频率阻尼比emnKKJ2emfKKJ三.单关节速度反馈(速度环)eK()mmvKJSfKK1S()ds()s简化后:（＊）在这个系统中，机电常数Km是相对固定的，可以调节放大器增益Ke与速度反馈增益Kv，来改善系统的品质。在机器人系统中，要防止激起结构振荡，也就是共振。结构振荡频率用ωs来表示，ωs的大小与系统的结构、刚度和惯性有关。一般来说，机器人的机械系统存在20-50HZ的固有振荡频率.为了保证机器人的稳定工作，必须把ωn限制在0.5ωs之内.如果我们已知在惯量等于J0的情况下，结构振荡频率为ω0，那么在任意惯量的情况下，有下式成立00sJJ控制系统的无阻尼自振频率应满足在满足上式的条件下，应调整速度反馈增益Kv,使系统具有临界阻尼。如果已知在惯量为J0的情况下，选择速度反馈增益为Kv0可使系统具有临界阻尼，根据（＊）式，则（＊＊）memvKKJKKf020比较（＊）式和（＊＊）式，可以求出在惯量为任意值的情况下，保证系统具有临界阻尼的速度反馈增益Kv为式中0000[()]/()/()/VVmmmVmJKfKKfKJGJfKGfKKJ5.2.2单关节稳态误差误差传递函数()dEs1.如果输入信号为单位阶跃信号，则2.如果输入信号为单位斜坡信号，则1()dSS21()dSS3.如果在关节处加一个干扰力矩,则方框图为meTTKkTss)(lim如果给系统加上一个幅值为T的阶跃力矩干扰,则系统的稳态误差为:5.3多关节机器人的控制方法5.3.1传感器反馈控制5.3.2记忆-修正控制kU()kXtkE内存T数字微分内存D/A机器人控制系统A/DdXkU5.3.3自适应控制机器人动力学可调整的反馈增益自适应机构参考模型输入输出5.3.4机器人的力控制5.3.5顺应控制顺应控制本质上也是力与位置混合控制.一类为被动式顺应控制(RCC),一类为主动式顺应控制