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1、6. 机器人控制系统,ENTER,6.1 机器人传感器,6.2 驱动与运动控制系统,本章主要内容,6.3 控制理论与算法,6.1.1 机器人传感器的特点和要求,6.1.2 机器人内部传感器,6.1 机器人传感器,章目录,6.1.3 机器人外部传感器,6.1.1 机器人传感器的特点和要求,传感器的种类,节目录,章目录,传感器的性能指标,节目录,章目录,6.1.2 机器人内部传感器,绝对型编码器码盘,直线形电位式位移传感器,旋转型电位式位移传感器,节目录,增量式编码器的工作原理,章目录,机器人速度伺服控制系统,模拟式增量码盘测速,节目录,直流测速发电机的结构原理 1永久磁铁； 2转子线圈； 3电刷
2、； 4整流子,章目录,感应电动势 u=kn,6.1.3 机器人外部传感器,电涡流传感器工作原理,超声波传感器原理,节目录,章目录,节目录,光纤传感器结构,应变片式机器人腕力和力矩传感器,本节完,章目录,6.2.1 概述,6.2.2 基于计算机和芯片的运动控制器设计,6.2 驱动与运动控制系统,章目录,6.2.3 基于PC技术的运动控制（卡）器,6.2.4 机器人的伺服执行机构,6.2.5 MOTOMAN UP6型机器人的运动控制,6.2.1 概述,节目录,章目录,从自动控制理论的角度来分析, 伺服控制系统一般包括伺服运动控制器,伺服执行元件（伺服电动机）环节,位置/速度检测元件环节,比较环节,
3、被控对象等五部分。,专用运动控制芯片与运动控制卡越来越多作为机器人的运动控制器，并借用功能强大的通用PC机作为平台来实现机器人的运动控制。,6.2.2 基于计算机和芯片的运动控制器设计,1. LM628芯片概述,节目录,LM628芯片构成的伺服系统原理,章目录,大规模集成芯片LM628是美国NS公司生产的专用精密运动控制器，具有16位的可编程数字PID调节器，可经增量码盘反馈构成位置闭环，并能对位置误差实行PID运算。利用LM628和微处理器可实现低成本、高精度神经元PID伺服系统。,2. LM628芯片的特点,节目录,章目录,3. LM628芯片的基本功能,速度曲线图,节目录,章目录,4.
4、LM628芯片用户指令集,节目录,章目录,5. LM628芯片的运动控制器电路设计,节目录,章目录,6.2.3 基于PC技术的运动控制（卡）器,1. GM-400四轴运动控制器主要功能,节目录,章目录,采用四轴运动控制器组成的控制系统框图,节目录,章目录,2. 运动控制器的输入/输出接口,节目录,章目录,3. 运动控制器总线接口,运动控制器采用标准的ISA和PC/104总线接口。,4. 运动控制器电源信号,GM-400四轴运动控制器的数字电路、编码器与伺服电动机控制采用PC机ISA总线插槽提供的+5V电源，电流不大于2A；+12V和-12V电源电流不大于60mA。 计算机的电源地（GND）作为
5、+5V ，+12V和-12V的公共地。 四路原点信号输入、八路限位开关信号输入、十六路光电隔离输出和十六路光电隔离输入信号的接口电源OVCC和接口电源地AGND必须由外部电源提供。,节目录,章目录,5. 运动控制器工作原理,节目录,章目录,（1）闭环控制下的四种运动控制模式:S、梯形、 1）S曲线模式,节目录,S曲线模式控制曲线,变形后的S曲线模式控制曲线,章目录,一旦设定当前轴为S曲线，该控制轴将保持这种控制模式直至调用其它运控模式。,2）梯形曲线模式,节目录,梯形曲线控制 变形后的梯形控制曲线,章目录,梯形曲线控制模式下，任意时刻都可改变速度和位置。,3）速度跟踪模式,在电子齿轮模式下，主
6、机只需设置一个运动参数，即电子齿轮减速比，这是一个带符号的32位二进制数，范围：-16384至16383（65535/65536）。运动时，从动轴作为被驱动轴，其目标运动由主动轴运动乘以电子齿轮减速比来确定。,在该模式下, 由主机设定额定加速度和最大速度两个参数。开始运动时以给定的加速度连续加速直到达到设定的最大速度。速度设定值必须为正值, 运动方向由加速度的符号确定, 即正加速度产生正向运动, 而负加速度则产生负向运动。,4）电子齿轮模式,节目录,章目录,补充：电子齿轮比,电子齿轮：简单来说就是用电气控制技术来代替机械传动机构。可以用一个MCU加上一个可编程逻辑器件来实现。它有以下功能：1.
7、脉冲补偿，减少上位机负担（因为PLC等发送脉冲的器件，都有发送脉冲频率的限制）。2.匹配电机发出的脉冲数与机械最小移动量，可将输入指令1个脉冲的工件（或电机）移动量设定为任意值；可实现电机的无极变速，在电机启动和停止时，可防止失步和过冲现象，这样就能充分发挥电机的潜能。3.传递同步运动信息，实现坐标的联动，运动形式之间的变换（旋转-旋转，旋转-直线，直线-直线），简化控制等。,补充：电子齿轮比（续1）,一般来说，电机与驱动机构是直连的，机械结构固定后，传动比也就固定了；利用电子齿轮可以增加传动系统的柔性，减少传动元件数量和传动链长度，还可以实现小数传动比，这样就提高了传动精度。例：如丝杠导程为
8、5mm，电机与丝杠直连，那么，电机转一圈负载移动5mm。若要求精度为0.001mm，则电机要5000个脉冲才转一圈，0.001mm的移动量就需要1/5000转；若要求精度为0.002mm，则电机要2500个脉冲才转一圈；等电子齿轮就是电机编码器反馈脉冲与指令脉冲的一个比值电子齿轮比的分子是电机编码器分辨率，分母为电机旋转一圈所需要的脉冲数。电子齿轮比是通过更改电子齿轮比的分倍频，来实现不同的脉冲当量。,补充：电子齿轮比（续2）,电子齿轮功能是指可将相当于指令控制器输入指令1脉冲的工件移动量设定为任意值的功能，分为电子齿轮（分子）Pn202、电子齿轮（分母）Pn203两部分参数。举例：伺服电机编
9、码器脉冲数是2的n次方,比如216=65536,即电机每转一圈就会产生65536个脉冲设定一个合适的齿轮比（通常也是2的整数次方，如512）,使PLC发送的脉冲数不会很大,又能满足精度要求。则PLC发送一个脉冲,就相当于给伺服器发送了512个脉冲要使电机转一圈,只需发65536/512=128个脉冲即可要使电机转X圈,只需要发送128*X个脉冲.,（2）运动控制器的速度控制（3）控制器运动轴的控制（4）工作参数的设置和刷新（5）轴运动错误监测和状态恢复（6）轴位置高速捕获（7）控制器中断（8）电动机输出（9）逻辑I/O控制（10）GM-400运动控制器软件编程,节目录,章目录,6.2.4 机器
10、人的伺服执行机构,1. 步进电动机的优点,三相反应式步进电动机结构原理,1绕组；2定子铁心；3转子；4A相磁通,节目录,章目录,2. 直流伺服电动机,节目录,章目录,6.2.5 MOTOMAN UP6型机器人的运动控制,节目录,1. 概述,章目录,UP6 Motion Control System uses specified computer control system。,再现操作盒的面板,节目录,章目录,节目录,章目录,ABB示教盒,RobotStudio download pagehttp:/ XRC的功能,3. XRC的外部轴控制,节目录,章目录,本节完,除可控制本体6个关节轴外，还可以有另外15个含有伺服驱动器和伺服电动机的伺服单元，则称外部轴。,6.3.1 机器人分解运动的速度控制,6.3.2 机器人分解运动的加速度控制,6.3 控制理论与算法,章目录,6.3.3 力和力矩的控制,6.3.1 机器人分解运动的速度控制,n个自由度的机器人，其末端执行器在笛卡儿坐标系下的位姿矢量：,机器人的广义关节坐标矢量：,两者之间的关系：,节目录,章目录,节目录,章目录,6.3.2 机器人分解运动的加速度控制,节目录,章目录,6.3.3 力和力矩的控制,节目录,本章完,视频1,视频2,章目录,总目录,
