《机器人控制新》PPT课件

《《机器人控制新》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、2021/7/251东北大学人工智能与机器人研究所第七章机器人控制2021/7/2527.1概述控制是机器人技术中的一个关键问题，而控制系统的性能则是机器人发展水平一个重要标志。机器人控制是控制领域的一个子集,一个独具特色的子集。机器人控制系统是一个与机构学、运动学和动力学原理密切相关的、耦合紧密的、非线性和时变的多变量控制系统。机器人控制系统一般由计算机和伺服控制器组成。机器人控制系统的特点：非线性、多变量、强耦合的系统。非线性：输入输出的映射关系不是线性的多变量：输入输出的个数为2个以上强耦合：输入输出之间存在交连以上特点决定了机器人控制系统的复杂性。解决以上问题的控制策略：解

2、耦控制(decouplingcontrol)鲁棒控制(robustnesscontrol)容错控制(faulttolerantcontrol)多变量控制系统的一般结构传递函数矩阵：开环传递函数矩阵，闭环传递函数矩阵多变量系统分析和计算的特殊性：变量是向量，传函是矩阵（矩阵的计算不满足交换律）多变量系统控制的发展：1.状态空间法：系统的数学模型：状态空间表达式主要应用领域：航空航天等尖端科技研究局限性：计算量大，控制器复杂难以实现，无法在工业生产过程广泛推广2.现代频域法系统数学模型：传递函数矩阵主要应用领域：工业生产过程特点：对系统进行近似和简化，数学工具浅显易懂，具有很大的灵活性

3、。代表性理论：INA方法，CL方法，序列回差法等。3.先进控制技术自适应控制理论：主要针对模型的时变性和不确定性智能控制理论：主要针对模型未知系统2021/7/256工业机器人控制系统工作过程机器人控制过程示意图内部反馈根据外界环境确定任务确定运动轨迹（点动或轨迹）计算目标任务在笛卡尔空间的位姿任务执行电机的伺服控制转换为电机的给定值转换为关节空间角度外部反馈作业控制器组织层伺服控制器执行层运动控制器协调层2021/7/257（1）人工智能级—组织层—作业控制器（2）控制模式级—协调层—运动控制器（3）伺服系统级—执行层—驱动控制器——几种不同的称谓机器人控制系统在物理上分为两级：

4、工控机与伺服控制器，但在逻辑上一般分为三级（层）：2021/7/258作业控制器驱动控制器3驱动控制器1驱动控制器2驱动控制器4运动控制器机器人本体机器人控制系统的构成2021/7/259分析各层（级）的关系与区别知识粒度数据处理功能类别作业控制级粗模糊决策运动控制级中精确任务分解驱动控制级细精确控制通过分层递阶的组织形式才能完成复杂任务2021/7/2510工业机器人典型控制方式点位式（PTP，pointtopoint）实现点的位置控制，而点与点之间的轨迹却无关紧要。如自动插件机，在贴片机上安插元件，点焊、搬运、装配等。轨迹式(CP,continuouspath)指定点与点之间的

5、运动轨迹为所要求的曲线，如直线或圆弧。在进行弧焊、喷漆、切割等作业时十分必要。速度控制方式对于机器人的行程要求遵循一定的速度变化曲线。力（力矩）控制方式要求对末端施加在对象上的力进行控制，如抓放操作、去毛刺、研磨和组装等作业。智能控制方式在不确定或未知条件下作业，通过传感器，内部的知识库，自主完成给定任务。2021/7/2511机器人控制的特点与机构学、运动学及动力学密切相关。描述机器人状态和运动的数学模型是一个具有时变结构和参数的非线性模型，各关节变量之间存在紧密耦合。一个简单的机器人至少也有3-5个自由度，于是机器人控制系统必须是一个计算机控制的多级递阶控制系统。机器人的动作常

6、常可以通过不同的方式和路径来完成，手臂解不唯一，这样便要处理在一定约束条件下的优化决策与控制问题。伺服系统要求较高的位置精度，较大的调速范围，各关节的速度误差系数应尽量一致。系统的静差率要小，位置无超调，动态响应尽量快。2021/7/2512常用伺服控制策略各种PID控制方式PID控制是将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，算法简单，鲁棒性好，可靠性高；但反馈增益是常量，它不能在有效载荷变化的情况下改变反馈增益。最优控制（OptimalControl）基于某种性能指标的极大（小）控制，称之为最优控制。在高速机器人中，除了选择最佳路径外，还普遍采用最短时间

7、控制，即所谓“砰—砰”控制。2021/7/2513自适应控制自适应控制则是根据系统运行的状态，自动补偿模型中各不确定因素，从而显著改善机器人的性能。分为模型参考自适应控制器、自校正自适应控制器和线性摄动自适应控制等。解耦控制机器人各自由度之间存在着耦合，即某处的运动对另一处的运动有影响。在耦合严重的情况下，必须考虑一些解耦措施。常用伺服控制策略(续)2021/7/2514机器人特有伺服控制策略重力补偿在伺服系统的控制量中实时地计算重力项，并加入一个抵消重力的量，可补偿