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机器人控制系统结构方式和分类,你懂得多少?

发表时间:2019-10-31

机器人控制系统的功能是接收来自传感器的检测信号,根据操作任务的要求,驱动机械臂中的各台电动机就像我们人的活动需要依赖自身的感官一样,机器人的运动控制离不开传感器。机器人需要用传感器来检测各种状态。机器人的内部传感器信号被用来反映机械臂关节的实际运动状态,机器人的外部传感器信号被用来检测工作环境的变化。


所以机器人的神经与大脑组合起来才能成一个完整的机器人控制系统


机器人控制系统


机器人控制系统结构方式

 

集中控制系统

 

用一台计算机实现全部控制功能,结构简单,成本低,但实时性差,难以扩展,在早期的机器人中常采用这种结构,其构成框图。

基于PC的集中控制系统里,充分利用了PC资源开放性的特点,可以实现很好的开放性:多种控制卡,传感器设备等都可以通过标准PCI插槽或通过标准串口、并口集成到控制系统中。

集中式控制系统的优点是:硬件成本较低,便于信息的采集和分析,易于实现系统的最优控制,整体性与协调性较好,基于PC的系统硬件扩展较为方便。

其缺点也显而易见:系统控制缺乏灵活性,控制危险容易集中,一旦出现故障,其影响面广,后果严重;由于机器人的实时性要求很高,当系统进行大量数据计算,会降低系统实时性,系统对多任务的响应能力也会与系统的实时性相冲突;此外,系统连线复杂,会降低系统的可靠性。

 

主从控制方式

 

采用主、从两级处理器实现系统的全部控制功能。主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等:从CPU实现所有关节的动作控制。其构成框图,如图所示。

主从控制方式系统实时性较好,适于高精度、高速度控制,但其系统扩展性较差,维修困难。

  

分散控制方式

 

机器人控制系统的性质和方式将系统控制分成几个模块,每一个模块各有不同的控制任务和控制策略,各模式之间可以是主从关系,也可以是平等关系。这种方式实时性好,易于实现高速、高精度控制,易于扩展,可实现智能控制,是目前流行的方式,其控制框图如图所示。

其主要思想是“分散控制,集中管理”,即系统对其总体目标和任务可以进行综合协调和分配,并通过子系统的协调工作来完成控制任务,整个系统在功能、逻辑和物理等方面都是分散的,所以又称为集散控制系统或分散控制系统。

这种结构中,子系统是由控制器和不同被控对象或设备构成的,各个子系统之间通过网络等相互通讯。分布式控制结构提供了一个开放、实时、精确的机器人控制系统。分布式系统中常采用两级控制方式。

 

两级分布式控制系统


通常由上位机、下为机和网络组成。上位机可以进行不同的轨迹规划和控制算法,下位机进行插补细分、控制优化等的研究和实现。上位机和下位机通过通讯总线相互协调工作,这里的通讯总线可以是RS-232RS-485EEE-488以及USB总线等形式。

现在,以太网和现场总线技术的发展为机器人提供了更快速、稳定、有效的通讯服务。机器人控制系统尤其是现场总线,它应用于生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向多结点数字通信,从而形成了新型的网络集成式全分布控制系统—现场总线控制系统。 

分布式控制系统的优点在于:系统灵活性好,控制系统的危险性降低,采用多处理器的分散控制,有利于系统功能的并行执行,提高系统的处理效率,缩短响应时间。


 

机器人控制系统分类

 

1、程序控制系统:给每一个自由度施加一定规律的控制作用,机器人就可实现要求的空间轨迹。

2、自适应控制系统:当外界条件变化时,为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质,其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察,再调整非线性模型的参数,一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。

3、人工智能系统:事先无法编制运动程序,而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息,实时确定控制作用。

4、点位式控制系统:要求机器人准确控制末端执行器的位姿,而与路径无关。

5、连续轨迹控制系统:要求机器人按示教的轨迹和速度运动。

6、控制总线:国际标准总线控制系统。采用国际标准总线作为控制系统的控制总线,如VMEMULTI-busSTD-busPC-bus

7、自定义总线控制系统:由生产厂家自行定义使用的总线作为控制系统总线。

8、编程方式:物理设置编程系统。由操作者设置固定的限位开关,实现起动,停车的程序操作,只能用于简单的拾起和放置作业。

9、在线编程:通过人的示教来完成操作信息的记忆过程编程方式,包括直接示教模拟示教和示教盒示教。

10、离线编程:不对实际作业的机器人直接示教,而是脱离实际作业环境,示教程序,通过使用高级机器人,编程语言,远程式离线生成机器人的作业轨迹。

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