關(guān)于機器人，很多人可能跟我有一樣的疑問，為什么機器人它會聽指揮，對于機器人，除了它的外形，其他什么都不知道，很多人的興趣都在于機器人可以像人類一樣，成為地球上非常有智慧的“人”，如果你真的很想解開疑惑，可以細看我們今天的話題：機器人控制技術(shù)詳解

機器人控制系統(tǒng)的特點

機器人的結(jié)構(gòu)采用空間開鏈接結(jié)構(gòu)，其各個關(guān)節(jié)的運動是獨立的，為了實現(xiàn)末端點的運動軌跡，需要多關(guān)節(jié)的運動協(xié)調(diào)。所以，其控制系統(tǒng)要比普通的控制系統(tǒng)復(fù)雜得多，具有以下幾個特點：

1、機器人的控制與結(jié)構(gòu)運動學(xué)及動力學(xué)密切相關(guān)。機器人手爪的狀態(tài)可以在各種坐標下進行描述，根據(jù)需要選擇不同的參考坐標系并做適當?shù)淖鴺俗儞Q；

2、經(jīng)常要求解運動的正問題和逆問題，除此之外還要考慮慣性力、外力（包括重力）、哥氏力、向心力的影響。

3、一個簡單的機器人也至少有3~5個自由度，比較復(fù)雜的機器人有十幾個，甚至幾十個自由度.每個自由度一般包含一個伺服機構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個多變量控制系統(tǒng)。

4、把多個獨立的伺服系統(tǒng)有機地協(xié)調(diào)起來，使其按照人的意志行動，甚至賦予機器人一定的智能，這個任務(wù)只能是由計算機來完成。因此，機器人控制系統(tǒng)必須是一個計算機系統(tǒng)。

5、描述機器人狀態(tài)和運動的數(shù)學(xué)模型是一個非線性模型，隨著狀態(tài)的不同和外力的變化，其參數(shù)也在變化，各變量之間還存在耦合。

6?、機器人的運動可以通過不同的方式和路徑來完成，因此，存在一個“最優(yōu)”的問題。較高級的機器人可以用人工智能的方法，用計算機建立起龐大的信息庫，借助信息庫進行控制、決策、管理和操作。

傳統(tǒng)的自動機械是以自身的動作為重點，而工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)更著重本體與操作對象的互相關(guān)系。

所以，機器人控制系統(tǒng)是一個與運動學(xué)和動力學(xué)原理密切相關(guān)的、有耦合的、非線性的多變量控制系統(tǒng)。

隨著實際工作情況的不同，可以有各種不同的控制方式，從簡單的編程自動化、微處理機控制到小型計算機控制等等。

機器人的控制系統(tǒng)的特性和基本要求

要對機器人實施良好的控制，了解被控的特性是很重要的，從我們了解到的機器人動力學(xué)來說，具有以下特性：

1、機器人本質(zhì)是一個非線性系統(tǒng)。引起機器人非線性的因素很多，結(jié)構(gòu)方面、傳動件、驅(qū)動元件等都會引起系統(tǒng)的非線性。

2、各關(guān)節(jié)間具有耦合的作用，表現(xiàn)為某一個關(guān)節(jié)的運動。會對其他關(guān)節(jié)產(chǎn)生動力效應(yīng)，使得每一個關(guān)節(jié)都要承受其他關(guān)節(jié)運動所產(chǎn)生的擾動。

3、是一個時變系統(tǒng)，動力學(xué)參數(shù)隨著關(guān)節(jié)運動位置的變化而變化。

從使用的角度來看，機器人是一種特殊的自動化設(shè)備，對它的控制有如下特點和要求：

1、多軸運動協(xié)調(diào)控制，以產(chǎn)生要求的工作軌跡。因為機器人的手部運動是所有關(guān)節(jié)運動的合成運動，要使手部按照設(shè)定的規(guī)律運動，就必須很好地控制各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)動作，包括運動軌跡，動作時序等多方面地協(xié)調(diào)。

2、較高的位置精度，很大的調(diào)速范圍

3、系統(tǒng)的靜差率要小

4、各關(guān)節(jié)的速度誤差系數(shù)應(yīng)盡量一致

5、位置無超調(diào)，動態(tài)響應(yīng)盡量快

6、需采用加（減）速控制

7、從操作的角度來看，要求控制系統(tǒng)具有良好的人機界面，盡量降低對操作者的要求

8、從系統(tǒng)成本來看，要求盡可能地降低系統(tǒng)的硬件成本，更多地采用軟件伺服的方法來完善控制系統(tǒng)的性能

機器人的控制方式

工業(yè)機器人控制方式的分類沒有統(tǒng)一的標準：

A、機器人動作控制方式

a、機器人運動控制方式

（1.機器人位置控制方式：定位控制方式—固定位置方式、多點位置方式、伺服控制方式；路徑控制方式：連續(xù)軌跡控制、點到點控制）

（2.機器人速度控制方式：速度控制方式—固定速度控制，可變速度控制；加速度控制方式—固定加速度控制方式，可變加速度控制）

（3.機器人力控制方式）

b、機器人動作順序控制方式

B.機器人示教控制方式

（1.用實際機器人示教：直接示教法——功率級脫離示教，伺服級接通示教；遙控示教法——示教盒示教法、操縱桿示教法、主從方式示教）

（2.不用機器人示教：間接示教法——模型機器人示數(shù)、專用工具示數(shù)；離線示教法——數(shù)值輸入示數(shù)、圖形示數(shù)、軟件語言示教）

機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

一個工業(yè)機器人系統(tǒng)通常分為機構(gòu)本體和控制系統(tǒng)兩大部分。構(gòu)成機器人控制系統(tǒng)的要素主要有計算機硬件系統(tǒng)及操作控制軟件、輸入/輸出設(shè)備及裝置、驅(qū)動器系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)。

工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)是機器人的重要組成部分，以完成待定的工作任務(wù)，基本功能有：

1、記憶功能

2、示教功能

3、與外圍設(shè)備聯(lián)系功能

4、坐標設(shè)置功能

5、人機接口

6、傳感器接口

7、位置伺服功能

8、故障診斷安全保護功能

當然，還有很多關(guān)于機器人控制的知識，比如：機器人單關(guān)節(jié)位置伺服控制、機器人力控制、機器人的智能控制等等。

在CODESYS軟件平臺下可以實現(xiàn)：邏輯控制（PLC）、運動控制（Motion Control）及 CNC 控制、人機界面（HMI）、基于 Web Service 的網(wǎng)絡(luò)可視化編程和遠程監(jiān)控、冗余控制(Redundancy)和安全控制（Safety）、以及項目開發(fā)與工程協(xié)同管理等多個目標和需求。

CODESYSMotion CNC Robotics 數(shù)控與機器人控制模塊

CODESYS將運動控制與邏輯控制合二為一，集成在IEC61131-3標準的CODESYS編程系統(tǒng)和CODESYS實時運行系統(tǒng)中，形成了CODESYS Motion CNC Robotics工具包。從單軸運動到復(fù)雜CNC控制和機器人應(yīng)用，都可以使用CODESYS Motion CNC Robotics來編程實現(xiàn)。

CODESYSMotion CNC Robotics 的功能包括：

（1）使用PLCopen認證的POU庫，可實現(xiàn)單軸和多軸橫向

協(xié)同運動；

（2）電子凸輪傳動；

（3）CNC控制；

（4）輕松開發(fā)多軸運動控制器；

（5）支持 PLCopen Part4 標準功能塊；

（6）可通過集成凸輪編輯器對凸輪功能進行圖形化規(guī)劃。

CODESYSMotion CNC Robotics 有如下特點：

（1）運動控制編程獨立于總線和驅(qū)動器；

（2）可用于眾多標準運動控制器的驅(qū)動器，例如CiA DSP 402控制器、步進電機、變頻器、虛擬軸等；

（3）可直接在CODESYS編程環(huán)境中配置總線和驅(qū)動；

（4）提供包含所有運動控制功能塊的POU庫，可以快速、高效地開發(fā)簡單運動程序；

（5）支持在集成的編輯器中設(shè)計電子凸輪；

（6）支持集成的DIN 66025編輯器（支持G代碼）來規(guī)劃和編輯復(fù)雜的動作；

（7）通過使用PLCopen Motion Part 4 和軸組編輯器來開發(fā)多軸機器人控制器；

（8）豐富的庫函數(shù)集，包括幾何數(shù)據(jù)處理（路徑預(yù)處理），樣條曲線計算，CNC刀具位置校正等；

（9）包含豐富的交換庫（用于備份和交換數(shù)據(jù)用），用以支持不同運動學(xué)的工業(yè)機器人的開發(fā)，例如Delta機器人，SCARA機器人，Portal機器人以及龍門式機器人等；

（10）支持在線的CAM編輯器和CNC編輯器，機器操作員可以圖形化的方式創(chuàng)建和編輯CNC程序。