工业机器人技术基础7.5.2工业机器人的运动控制(力控制)-课件
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《工业机器人控制》PPT课件
统。所以，工业机器人的控制，一般是一个计算机控 制系统，计算机软件担负着艰巨的任务。 仅仅是位置闭环是不够的，还要利用速度，甚至加速 度闭环。系统中还经常采用一些控制策略，比如使用 重力补偿、前馈、解耦、基于传感信息的控制和最优 PID控制等。
➢工业机器人还有一种特有的控制方式——示教再现 控制方式。
利用传感器检测出物体的位置和运动速度，并
且假设控制系统能利用这些信息，可按下述的控 制规律来计算驱动益器kp适和应当k该v，选施就择加可控于得制物到系体所统上希的望的增力：
的任意二阶系统的品质，实 现抑制干扰力，并使物体保
持在预定的位置上。
系统的运动方程为
不仅要求受控物体定位在某固定位置，而且要求
坐标系{c}，坐标系{c}为约束坐标系，它总是处于 与某项具体任务有关的位置。
执行一项作业任务就可以用一组在{c}坐标系中 定义的约束条件来表示。
约束坐标系的选择
特点
➢取决与所执行的任务；
(1) {C}➢为一直般角应坐建标立系在，机器以人方手便爪描述作业操作；
与作业对象相接触的界面上。
(2) 视任务的不同，{C}可能在环境中固定 不动，也可能随手爪一起运动；
力之一。
无体意根因作论到此适义据以达，当，给多目往的这定么的往坐种的高 位 要 标相任的 置 根 变互 务精 ， 据 换关 ，度 作 需 。系 经控 为 要 而是 常制 工 ， 且首 要手 业 选 还要 求臂 机 择 因的 解， 器 不 工。 运若 人 同 业动不 来 的 机学能说基器正夹，准人问持那坐各题并就标关和操失系节逆作去，之问物了并间题，
惯性力、哥氏力的耦合作用以及重力负载的影响使问
题复杂化，所以使工业机器人控制问题也变得复杂。
➢即使一个简单的工业机器人也至少有3～5个自由度 相关。
➢工业机器人还有一种特有的控制方式——示教再现 控制方式。
利用传感器检测出物体的位置和运动速度，并
且假设控制系统能利用这些信息，可按下述的控 制规律来计算驱动益器kp适和应当k该v，选施就择加可控于得制物到系体所统上希的望的增力：
的任意二阶系统的品质，实 现抑制干扰力，并使物体保
持在预定的位置上。
系统的运动方程为
不仅要求受控物体定位在某固定位置，而且要求
坐标系{c}，坐标系{c}为约束坐标系，它总是处于 与某项具体任务有关的位置。
执行一项作业任务就可以用一组在{c}坐标系中 定义的约束条件来表示。
约束坐标系的选择
特点
➢取决与所执行的任务；
(1) {C}➢为一直般角应坐建标立系在，机器以人方手便爪描述作业操作；
与作业对象相接触的界面上。
(2) 视任务的不同，{C}可能在环境中固定 不动，也可能随手爪一起运动；
力之一。
无体意根因作论到此适义据以达，当，给多目往的这定么的往坐种的高 位 要 标相任的 置 根 变互 务精 ， 据 换关 ，度 作 需 。系 经控 为 要 而是 常制 工 ， 且首 要手 业 选 还要 求臂 机 择 因的 解， 器 不 工。 运若 人 同 业动不 来 的 机学能说基器正夹，准人问持那坐各题并就标关和操失系节逆作去，之问物了并间题，
惯性力、哥氏力的耦合作用以及重力负载的影响使问
题复杂化，所以使工业机器人控制问题也变得复杂。
➢即使一个简单的工业机器人也至少有3～5个自由度 相关。
工业机器人培训课件
感谢您的观看
THANKS
提高机器人的工作效率和稳定性。
优化建议
考虑机器人与周边设备的集成问题，如传感器、执行 器、控制系统等，确保整个系统的稳定性和高效性。
06
工业机器人维护与保养知 识
日常检查与维护项目清单
外观检查
检查机器人本体及控制 器是否有损坏、变形或
松动现象。
电缆检查
检查电缆连接是否牢固 ，有无破损或老化现象
。
人机交互系统
01
02
03
示教器
用于对机器人进行手动操 作、程序编写和调试的设 备。
人机界面
提供图形化界面，方便用 户进行机器人操作、监控 和管理。
语音识别与合成
通过语音识别技术接收用 户指令，通过语音合成技 术向用户反馈信息。
03
工业机器人核心技术
伺服驱动技术
伺服电机原理
讲解伺服电机的工作原理、结构特点以及性能 指标。
发展历程
从20世纪60年代的第一代示教再现型机器人，到70年代的第二代感知型机器人 ，再到80年代至今的第三代智能型机器人，工业机器人的技术不断升级，应用 领域也不断扩展。
工业机器人应用领域
汽车制造业
工业机器人广泛应用于汽车制造中的焊 接、装配、喷涂等工序，提高了生产效
率和产品质量。
塑料橡胶行业
工业机器人在塑料橡胶行业的应用涉 及注塑、挤出、吹塑等成型工艺，以
安全操作规范定义
详细阐述工业机器人安全操作规范的 定义，包括操作前准备、操作过程中 注意事项、操作后维护等内容。
安全操作规范重要性
强调遵守安全操作规范对于保障人员 安全、设备安全以及生产顺利进行的 重要性。
安全防护措施和应急处理方案讲解
工业机器人的力控制技术使用教程
工业机器人的力控制技术使用教程工业机器人是现代制造业中的重要设备，它们能够在生产线上执行复杂的任务，如装配、焊接、喷漆等。
力控制对于工业机器人的精确操作具有重要意义。
本文将介绍工业机器人的力控制技术的使用教程，帮助读者了解力控制技术的原理和应用，以及在工业机器人操作中的实际应用。
一、力控制技术的基本原理力控制技术是指通过机器人自身的传感器感知外界的力信息，并根据设定的控制策略进行动作调整，以达到精确控制的目的。
常用的力控制技术有力觉反馈控制和力/位置控制。
1.力觉反馈控制力觉反馈控制是通过机器人手持工具或手指，感知物体的接触力信息，并反馈到机器人的控制系统中进行动作调整。
主要应用于需要对物体施加精确力量的应用，如装配、注射等。
通过力觉传感器获取接触力信息，再通过控制算法实现力的调节和控制。
2.力/位置控制力/位置控制是将机器人的位置控制和力控制相结合，通过对位置和力量的控制达到精确控制的目的。
在力/位置控制中，机器人首先基于位置信息进行运动，当与工件发生碰撞或受到力的作用时，机器人会根据设定的力控制策略调整位置和力量，使得机器人能够更加精确地执行任务。
二、力控制技术的应用力控制技术在工业机器人操作中有着广泛的应用。
下面将介绍几个常见的应用场景。
1.装配在装配过程中，工业机器人需要对零部件进行精确的插入和连接。
通过力觉反馈控制技术，机器人可以感知到零部件的位置和接触力，从而调整插入的力量和角度，使得零部件能够正确地安装在相应的位置上。
2.焊接焊接是工业机器人的重要应用领域之一。
在焊接过程中，机器人需要根据焊接位置和工件的形状等信息来调整焊接的力量和焊接头的位置。
力/位置控制技术可以帮助机器人实现精确的焊接动作，保证焊点的质量和连接的牢固度。
3.喷涂喷涂是工业机器人广泛应用于汽车、家具等行业的重要任务之一。
在喷涂过程中，机器人需要根据被喷涂物体的表面形状和材质等信息来控制喷涂头的位置和喷涂的力量。
力控制技术可以使得机器人能够自动感知到喷涂物体表面的阻力，从而调整喷涂的力量和速度，实现均匀和一致的喷涂效果。
工业机器人应用技术课件ppt(PPT163张)可修改文字
一、机器人控制系统的特点
(3)具有较高的重复定位精度，系统刚性好。除直角坐标机器 人外，机器人关节上的位置检测元件不能安装在末端执行器上，而 应安装在各自的驱动轴上，构成位置半闭环系统。但机器人的重复 定位精度较高，一般为±0.1 mm。此外，由于机器人运行时要求 运动平稳，不受外力干扰，为此系统应具有较好的刚性。
(5-20)
随此着外实 ，际还工要作考情虑的况各作的关不节业同之，间信可惯息以性采力存用、各哥储种氏在不力同等内的的控耦存制合中方作式用，。和重在力执负载行的影任响务，因时此，，系依统中靠还经工常业采用机一些器控人制策的略，动如重力补偿、
前馈、解耦或自适应控制等。
与在自由空间运作动再的控现制相功比能，机，器人可在重受限复空间进运行动的该控制作主业要是。增加此了外对其，作用从端操与外作界接的触角作用度力（来包看括力，矩）要的控制要求，
图5-1 机器人控制系统的分类
二、机器人控制系统的组成
图5-2 机器人控制系统组成框图
二、机器人控制系统的组成
(1)控制计算机。控制计算机是控制系统的调度指挥机 构，一般为微型机，微处理器分为32位、64位等，如奔腾 系列CPU等。
(2)示教编程器。示教机器人的工作轨迹、参数设定和 所有人机交互操作拥有自己独立的CPU及存储单元，与主 计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
因而受限运动的控制一般称为力控制。
四现、场机 总器线人应智用能于求力生控控产制现制方场法，系在统微机具化测有量良控制好设备的之人间实机现双界向面多结，点数尽字量通信降，从低而对形成操了新作型者的网的络集要成求式全。分布因控制系统—— 现位场置总 控线制控部制分系的此统输，出(fieΔl多dqb1u和数s速co度情nt控ro况制l s部y要s分tem的求，输F控出CΔS制q)。2相器加，的其设和作计为机人器员人的不关节仅控要制增完量Δ成q，底用于层控伺制机服器人控的制运动器。
工业机器人技术基础课件(最全)ppt课件
右图就处于a）的奇异状态，直角下示教会报警。
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
直角坐标系
Never Stop Improving
— 6—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
机器人系统 关节坐标系
两者关系？？？
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
— 2—
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
1 机器人坐标系
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
在分析机器人时会牵涉诸多坐标系，一些是操作者不须关心的，另外一些却是和工艺相 关的。常见的坐标系有： 关节坐标系 基座坐标系 工具坐标系 用户坐标系
Never Stop Improving
px a
p
py
b
1pz
c w
— 12 —
2 机器人位姿变换
坐标轴方向的描述：
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
i、j、k分别是直角坐标系中x、y、Z坐标轴的单位向量。若用齐次坐标来描述x、y、z轴的方向， 则
基坐标系
Never Stop Improving
— 7—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
用户坐标系（工件坐标系）:
用于描述各个物体或工位的方位的需要。用户常常在自
z
己关心的平面建立自己的坐标系，以方便示教。
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
直角坐标系
Never Stop Improving
— 6—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
机器人系统 关节坐标系
两者关系？？？
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
— 2—
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
1 机器人坐标系
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
在分析机器人时会牵涉诸多坐标系，一些是操作者不须关心的，另外一些却是和工艺相 关的。常见的坐标系有： 关节坐标系 基座坐标系 工具坐标系 用户坐标系
Never Stop Improving
px a
p
py
b
1pz
c w
— 12 —
2 机器人位姿变换
坐标轴方向的描述：
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
i、j、k分别是直角坐标系中x、y、Z坐标轴的单位向量。若用齐次坐标来描述x、y、z轴的方向， 则
基坐标系
Never Stop Improving
— 7—
1 机器人工坐业标系机器人坐标系
变频器 | PLC | HMI | 伺服驱动器 | 电机 | 大传动 | 新能源
用户坐标系（工件坐标系）:
用于描述各个物体或工位的方位的需要。用户常常在自
z
己关心的平面建立自己的坐标系，以方便示教。
工业机器人技术基础工业机器人的组成PPT课件
•
工业机器人的机械结构又称执行机构，也称操作机，通常
由杆件和关节组成。
肘 肩
• 从功能角度，执行机构可分为：
臂
腰
腕
机 座
6
二、机械部分 1.机械结构系统
工业机器人
机械结构 手部 腕部 臂部 腰部 机座
手部：末端执行器，其作用是直接抓取和 放置物件。 腕部：连接手部和臂部的部件，其作用是 调整或改变手部的姿态。
本节主要借鉴论文 《山东海洋渔业资源问题分析及其可持续发展策略》 （傅秀梅 戴桂林 管华诗）和《山东海洋渔业的现代化及其科技发展对策》 （山东海洋经济技术研究会)
4
渔业资源利用过程中面临的问题
山东省海洋渔业发展
渔业生态环境恶化
➢ 由于沿海城市工业和生活污水的排放以及养殖自污染,导致海洋生态环境恶 化和海底植被荒漠化； ➢ 近岸局部水域富营养化,赤潮等海洋灾害频发,严重影响了渔业的发展。 ➢ 养殖量大大超过环境容纳量，种质退化，养殖病害不断。
16
四、传感部分 1. 感受系统
• 感受系统包括内部检测系统与外部检测系统两部分。 • 内部检测系统的作用就是通过各种检测器，检测执行机
构的运动境况，根据需要反馈给控制系统，与设定值进 • 外行部比检测较系后统对检测执机行器机人所构处进环行境、调外整部以保证其动作符合设计要
物求体。状态或机器人与外部物体的关系。
• 臂部：手臂，用以连接 腰部和腕部，用以带动 腕部运动。
• 腰部：立柱，是支撑手 臂的部件，其作用是带 动臂部运动，与臂部运 动结合，把腕部传递到 需到的工作位置。
• 机座（行走机构）：机 7 座是机器人的支持部分，
2
历史上的山东省海洋渔业发展概况
山东省海洋渔业发展
工业机器人技术基础(最全)最新精选PPT课件
第一关节 动力学方程
第二关节 动力学方
程
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学——动力学的部署 将经（正向，逆向？）动力学计算出的力矩， 以前馈的方式，加入到伺服的电流控制环路
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学 ——动力学控制器的评价指标 控制性能的好坏主要通过位置跟踪偏差，速度跟踪偏差以及
z
0
z
0
z
0
o
1
? ?
对刚体Q位姿的描述就是对固连于刚体Q`的坐标系O`X`Y`Z`位姿
的描述。
3 机器人运动 学
运动学：机器人运动学的研究对象是机器人各关节位置和机器人 末端位姿之间的关系
机器人运动学包含两个基本问题：
1末.已端知的机位器姿人；各关节的位置，求机器人 2各.已关知节机的器位人置末. 端的位姿，求机器人
关节坐标系下的坐标值均为机器人关节的绝对位 置，方便用户调试点位时观察机器人的绝对位置，避 免机器人出现极限位置或奇异位置
关节坐标系
1 机器人工坐业标机器人基础知识
系
直角坐标系:
直角坐标系，包括很多种，但我们常常狭隘 的将基座坐标系称为直角坐标系。
机器 人末 端
直角坐标系的Z轴即第一轴的Z轴，X轴
时间。
25mm
300m m
25mm
5 机器人工性业能机指器人基础知识
标
机器人性能指标 测量工具：Compugauge机器人性能测试系统，价格约80万人民币
（Dynalog ，美国公司，一直从事机器人性能研究）
位姿准确度和位姿重复性； 多方位位姿准确度变动； 距离准确度和距离重复性； 位置稳定时间和位置超调量； 互换性； 轨迹准确度和轨迹重复性； 拐角偏差； 轨迹速度特性； 最小定位时间； 静态柔顺性； 摆动偏差；
第二关节 动力学方
程
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学——动力学的部署 将经（正向，逆向？）动力学计算出的力矩， 以前馈的方式，加入到伺服的电流控制环路
4 机器人工动业力机学 器人基础知识
动力学 ——动力学控制器的评价指标 控制性能的好坏主要通过位置跟踪偏差，速度跟踪偏差以及
z
0
z
0
z
0
o
1
? ?
对刚体Q位姿的描述就是对固连于刚体Q`的坐标系O`X`Y`Z`位姿
的描述。
3 机器人运动 学
运动学：机器人运动学的研究对象是机器人各关节位置和机器人 末端位姿之间的关系
机器人运动学包含两个基本问题：
1末.已端知的机位器姿人；各关节的位置，求机器人 2各.已关知节机的器位人置末. 端的位姿，求机器人
关节坐标系下的坐标值均为机器人关节的绝对位 置，方便用户调试点位时观察机器人的绝对位置，避 免机器人出现极限位置或奇异位置
关节坐标系
1 机器人工坐业标机器人基础知识
系
直角坐标系:
直角坐标系，包括很多种，但我们常常狭隘 的将基座坐标系称为直角坐标系。
机器 人末 端
直角坐标系的Z轴即第一轴的Z轴，X轴
时间。
25mm
300m m
25mm
5 机器人工性业能机指器人基础知识
标
机器人性能指标 测量工具：Compugauge机器人性能测试系统，价格约80万人民币
（Dynalog ，美国公司，一直从事机器人性能研究）
位姿准确度和位姿重复性； 多方位位姿准确度变动； 距离准确度和距离重复性； 位置稳定时间和位置超调量； 互换性； 轨迹准确度和轨迹重复性； 拐角偏差； 轨迹速度特性； 最小定位时间； 静态柔顺性； 摆动偏差；
工业机器人技术与应用课件：工业机器人控制系统
工业机器人控制系统
而工业机器人本体控制系统的基本单元又包括电动机、 减速器、驱动电路、运动特性检测传感器、控制系统的硬件 和软件。
(1) 电动机。作为驱动机器人运动的驱动力，常见的有 液压驱动、气压驱动、直流伺服电动机驱动、交流伺服电动 机驱动和步进电动机驱动。随着驱动电路元件的性能提高， 当前应用最多的是直流伺服电动机驱动和交流伺服电动机驱 动。
工业机器人控制系统
机器人是由各种机构组成的装置，它通过感知器实现本 体和环境状态的检测及信息互换，也是控制的最终目标；环 境是指机器人所处的周围环境，包括几何条件、相对位置等， 如工件的形状、位置、障碍物、焊接的几何偏差等；任务是 指机器人要完成的操作，它要适当的程序语言来描述，并把 它们存入控制器中，随着系统的不同，任务的输入可能是程 序方式、文字、图形或声音方式等；控制器包括软件和硬件 两大部分，相当于人的大脑，它是以计算机或者专用控制器 运行程序的方式来完成给定任务的。
工业机器人控制系统
1. 变结构控制 20世纪60年代，苏联学者Emelvanov提出了变结构控制 的构想。20世纪70年代以来，变结构控制的构想经过Utkin、 Itkis及其他学者的传播和研究，历经40多年的发展与完善已 在国际范围内得到广泛重视，形成了一门相对独立的控制研 究分支。
工业机器人控制系统
工业机器人控制系统
(3) 与外围设备联系功能。工业机器人的控制系统应当 具备输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。
(4) 坐标设置功能。工业机器人的控制系统应当具有关 节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。
(5) 人机接口功能。工业机器人的控制系统应当具有示 教盒、操作面板和显示屏。
(6) 传感器接口功能。工业机器人的控制系统应当具有 位置检测、视觉、触觉、力觉等功能。
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工业机器人的运动控制
——力控制
主要内容
• 了解工业机器人力（力矩）的定义与作用 • 了解机器人力控制的两种控制方法 • 了解连续轨迹控制机器人的柔顺行为
工业机器人的力（力矩）控制
位置控制 力控制
工业机器人的力（力矩）控制
• 控制方法
阻抗控制（impendedance control） 位置/力混合控制（hybrid position/force control）
柔顺控制（compliance control） 刚性控制（stiffness control）
工业机器人的力（力矩）控制
阻抗控制
定义
目的 特点
调节目标阻抗模型 ,使机器人终端达到柔顺 运动
调节机器人的行为 ,以维持理想的动态关系
对运动和约束之间的转换具有很强的适应性
工业机器人的力（力矩）控制
阻抗控制
工业机器人的力（力矩）控制
柔顺行为
•
环境描述产生的误差
控制系统克服误差引起接触部位的饱和
工业机器人的力（力矩）控制
• 柔顺行为的被动实现
中空固定件
螺丝 弹簧
弹簧 工件
钢珠 上部浮动件 下部浮动件
机械手
工业机器人的力（力矩）控制
• 柔顺行为的主动交互控制
总结
• 掌握工业机器人力（力矩）的定义与作用 • 掌握机器人力控制的四种控制方法中的前两种 • 掌握连续轨迹控制机器人的柔顺行为
工业机器人的力（力矩）控制
• 位置/力混合控制
不受约束 受到约束
位置用于凸轮轴智能装配
工业机器人的力（力矩）控制
• 位置/力混合控制
x q2 cosq1 l sin q1 y q2 sin q1 l cosq1
1 f (q2 sin q1 l sin q1) 2 f cosq1
弹性
终端
阻尼
..
F MX D(X Xd ) K(X Xd )
工业机器人的力（力矩）控制
• 控制方法
位置/力混合控制（hybrid position/force control） 阻抗控制（impendedance control） 柔顺控制（compliance control） 刚性控制（stiffness control）
——力控制
主要内容
• 了解工业机器人力（力矩）的定义与作用 • 了解机器人力控制的两种控制方法 • 了解连续轨迹控制机器人的柔顺行为
工业机器人的力（力矩）控制
位置控制 力控制
工业机器人的力（力矩）控制
• 控制方法
阻抗控制（impendedance control） 位置/力混合控制（hybrid position/force control）
柔顺控制（compliance control） 刚性控制（stiffness control）
工业机器人的力（力矩）控制
阻抗控制
定义
目的 特点
调节目标阻抗模型 ,使机器人终端达到柔顺 运动
调节机器人的行为 ,以维持理想的动态关系
对运动和约束之间的转换具有很强的适应性
工业机器人的力（力矩）控制
阻抗控制
工业机器人的力（力矩）控制
柔顺行为
•
环境描述产生的误差
控制系统克服误差引起接触部位的饱和
工业机器人的力（力矩）控制
• 柔顺行为的被动实现
中空固定件
螺丝 弹簧
弹簧 工件
钢珠 上部浮动件 下部浮动件
机械手
工业机器人的力（力矩）控制
• 柔顺行为的主动交互控制
总结
• 掌握工业机器人力（力矩）的定义与作用 • 掌握机器人力控制的四种控制方法中的前两种 • 掌握连续轨迹控制机器人的柔顺行为
工业机器人的力（力矩）控制
• 位置/力混合控制
不受约束 受到约束
位置用于凸轮轴智能装配
工业机器人的力（力矩）控制
• 位置/力混合控制
x q2 cosq1 l sin q1 y q2 sin q1 l cosq1
1 f (q2 sin q1 l sin q1) 2 f cosq1
弹性
终端
阻尼
..
F MX D(X Xd ) K(X Xd )
工业机器人的力（力矩）控制
• 控制方法
位置/力混合控制（hybrid position/force control） 阻抗控制（impendedance control） 柔顺控制（compliance control） 刚性控制（stiffness control）