机器人控制.
机器人控制原理
机器人控制原理机器人是近年来快速发展的一项新兴技术，它可以模拟人类的行为并完成各种任务。
机器人的控制原理是机器人技术中最核心的部分，它决定了机器人能否准确地执行指令和完成任务。
本文将对机器人控制原理进行详细论述。
一、传感器传感器是机器人控制的重要组成部分，它可以感知外界环境的信息并将其转化为电信号。
常见的机器人传感器包括视觉传感器、声音传感器、触摸传感器等。
视觉传感器可以通过图像识别技术获取环境中的物体信息，从而帮助机器人进行目标定位和导航；声音传感器可以监听周围的声音，识别人类的语音指令并做出相应的反应；触摸传感器可以感知机器人与环境的接触力度，帮助机器人判断是否发生碰撞等。
二、控制算法控制算法是机器人控制的核心部分，它决定了机器人的运动规划和动作执行。
常见的机器人控制算法包括路径规划算法、运动控制算法和姿态控制算法等。
路径规划算法可以根据机器人当前的位置和目标位置，计算出机器人需要走过的最优路径；运动控制算法可以控制机器人的速度和方向，使其按照预定的路径进行移动；姿态控制算法可以调整机器人的身体姿态，使其适应不同的工作环境和任务需求。
三、执行器执行器是机器人控制的执行部分，它负责将控制信号转化为机器人的实际动作。
常见的机器人执行器包括电机、液压缸和气动元件等。
电机是机器人中最常用的执行器之一，它可以将电信号转化为机械动力，驱动机器人的关节进行运动；液压缸和气动元件则通过液压和气压的方式，实现机器人的线性运动或指定动作。
四、控制系统控制系统是机器人控制的总体框架，它包括传感器、控制算法和执行器等多个组成部分。
传感器负责采集环境信息，控制算法根据传感器信息进行运算和决策，执行器将控制信号转化为具体操作。
控制系统可以有不同的架构，比较常见的有中央控制系统和分布式控制系统。
中央控制系统将传感器信息和控制算法集中在一个主要控制器中，决策和指导机器人的运动；分布式控制系统将传感器、控制算法和执行器集成在不同的单元中，各个单元之间通过通信协议进行信息的交换和协同控制。
工业机器人4大控制方法
工业机器人4大控制方法
一、工业机器人的控制方法
工业机器人是一种高度自动化的机械装置，它的发展过程中，机器人的控制方法也不断改进，工业机器人控制方法一般分为四种： 1、外部控制
外部控制指机器人由其他系统或外部设备提供控制信号，来实现机器人的运动控制。
它是机器人控制的最简单的一种方法，但是它的功能受到外部系统的限制，并且运算速度慢。
2、数字控制
数字控制是根据数字信号给出的机器人运动控制系统，是利用微机或数字系统控制机器的运行。
它具有功能灵活、运算速度快、控制精度高的特点，是为数不多的工业机器人控制方法。
3、模拟控制
模拟控制方法是指利用模拟设备的信号给出机器人运动控制系统，它可以实现复杂的运动控制，但是它的精度和速度受模拟信号的限制，不能满足高精度和高速度的要求。
4、智能控制
智能控制是将计算机技术、模式识别技术、智能技术和工业机器人控制技术等有机结合在一起的一种新型机器人控制方法，它具有功能强大、可靠性高、自动性高的特点，有望替代传统控制方法，成为未来工业机器人控制的主流。
二、结论
工业机器人控制方法一般分为外部控制、数字控制、模拟控制和智能控制四种。
在机器人的发展历程中，控制方法的不断优化，以及智能技术的发展，许多新型的控制方法也逐步出现，如智能控制方法等，它们将为下一代工业机器人控制带来无穷的可能性。
机器人控制原理
机器人控制原理机器人控制原理是指通过对机器人的各种部件进行控制，使得机器人能够按照人类设定的程序或者指令来执行各种任务。
机器人控制原理是机器人技术中的核心内容之一，它直接关系到机器人的运动、感知、决策等方面，是机器人能否完成任务的关键。
首先，机器人控制原理涉及到机器人的运动控制。
机器人的运动控制包括轨迹规划、运动学和动力学控制。
轨迹规划是指确定机器人在空间中的路径，使得机器人能够按照规划的路径进行运动。
运动学和动力学控制则是指根据机器人的结构和动力学特性，设计相应的控制算法，实现机器人的运动控制。
这些控制原理保证了机器人能够按照人类设定的路径和速度进行运动，从而完成各种任务。
其次，机器人控制原理还涉及到机器人的感知和定位。
机器人的感知和定位是指机器人通过各种传感器获取周围环境的信息，并根据这些信息确定自身的位置和姿态。
感知和定位是机器人能否准确地感知周围环境，做出正确的决策的基础。
在机器人控制原理中，需要设计相应的感知和定位算法，使得机器人能够准确地感知周围环境，并确定自身的位置和姿态。
此外，机器人控制原理还包括机器人的决策和路径规划。
机器人的决策和路径规划是指机器人根据感知到的环境信息，做出相应的决策，并规划出最优的路径来完成任务。
在机器人控制原理中，需要设计相应的决策和路径规划算法，使得机器人能够根据周围环境的变化，灵活地做出决策，并规划出最优的路径来完成任务。
总的来说，机器人控制原理是机器人能否按照人类的要求来完成各种任务的基础。
它涉及到机器人的运动控制、感知和定位、决策和路径规划等方面，是机器人技术中的核心内容之一。
只有深入理解和应用机器人控制原理，才能够设计出性能优良、功能强大的机器人系统，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
控制机器人的方法
控制机器人的方法
有多种方法可以控制机器人，以下是其中一些常见的方法：
1. 遥控器：使用无线遥控器或手持设备发送指令，远程控制机器人的运动和操作。
2. 编程控制：使用编程语言编写代码，通过控制机器人的主控板或控制系统来实现对机器人的控制。
3. 自动化控制：通过传感器和反馈系统来实现自动控制，机器人能够根据环境的变化自主调整行为。
4. 视觉控制：使用摄像头或其他传感器来获取图像信息，然后通过图像处理和计算机视觉算法来识别并控制机器人的行动。
5. 语音控制：通过语音识别技术，将语音命令转化为机器能够理解的指令，从而控制机器人的行为。
6. 手势控制：使用摄像头或其他传感器来捕捉用户的手势动作，通过手势识别算法将手势转化为机器人的指令。
7. 脑机接口控制：利用脑波传感器或其他生理传感器来读取用户的思维或生理
信号，将其转化为机器人的指令，实现通过思维来控制机器人的行为。
这些方法可以单独或结合使用，具体选择和应用取决于机器人的功能和应用场景。
机器人的运动控制
机器人的运动控制机器人一直以来都是技术领域的热门话题，它在工业生产、医疗护理、军事防务等领域发挥着重要的作用。
而机器人的运动控制是使机器人能够灵活、精准地进行各种动作的关键技术。
本文将介绍机器人的运动控制原理以及常见的运动控制方法。
一、机器人运动控制的原理机器人运动控制的核心在于通过控制机器人的关节或执行器的运动，实现机器人的姿态和位置控制。
机器人的运动可分为直线运动和旋转运动两个方面。
1. 直线运动直线运动是指机器人沿直线轨迹运动，例如机器人前进和后退。
直线运动的控制依赖于机器人的驱动装置。
在一般情况下，机器人的直线运动可以由电机、液压装置或气动装置来实现。
通过控制这些装置的运动，从而控制机器人的直线位移。
2. 旋转运动旋转运动是指机器人绕固定点或固定轴旋转的运动。
例如机器人的转体关节可以实现机器人的绕某个轴线旋转。
旋转运动的控制依赖于机器人的驱动器件，如电机、减速器等。
通过控制这些器件的运动，从而控制机器人的旋转角度。
二、机器人运动控制的方法机器人的运动控制有多种方法，下面主要介绍几种常见的运动控制方法。
1. 开环控制开环控制是指在执行动作前，通过预设参数直接控制机器人的运动。
这种方法的优点是简单直接，但精度较低，不能对外界干扰进行实时补偿。
因此，开环控制多用于一些对运动精度要求不高的应用，如简单加工、搬运等。
2. 闭环控制闭环控制是指通过传感器实时监测机器人的运动状态，并根据反馈信号对运动进行修正。
闭环控制的优点是能够及时响应外界干扰，提高运动的精度和稳定性。
它适用于对运动精度要求较高的应用，如自主导航、精密装配等。
3. 跟踪控制跟踪控制是指机器人通过跟踪预先设定好的轨迹，控制机器人沿轨迹运动。
跟踪控制通常需要借助视觉传感器或者激光雷达等设备来实时感知机器人与轨迹的位置关系，并通过控制算法来使机器人运动轨迹与预设轨迹保持一致。
跟踪控制广泛应用于机器人的路径规划、运动规划等领域。
4. 自适应控制自适应控制是指机器人根据不同工作环境和任务的需求，自动调整运动控制策略以达到最佳效果。
机器人的控制分类及具体流程
机器人的控制分类及具体流程机器人技术的发展已经取得了长足的进步，机器人已经逐渐成为我们生活中的一部分。
机器人的控制分类及具体流程是实现机器人功能的关键。
本文将对机器人的控制分类以及具体流程进行探讨和阐述。
一、机器人的控制分类根据控制方法的不同，机器人的控制可以分为以下几类。
1. 手动控制手动控制是指通过人工的方式对机器人进行操作和控制。
这种方式要求操作者具备一定的技能和经验，通过操纵机器人的控制面板或者遥控器来控制机器人的运动和动作。
手动控制适用于一些简单的、重复性高的任务，但在复杂环境下可能存在控制精度不高以及操作者疲劳等问题。
2. 机器人控制系统机器人控制系统是指通过计算机技术和软件编程来实现对机器人的控制。
这种控制方式可以实现对机器人的自主操作和精确控制，通过编程可以让机器人执行各种任务。
机器人控制系统可以根据具体需求进行开发和定制，适用于各种不同的任务和环境。
3. 传感器控制传感器控制是指通过机器人上的各种传感器对环境信息进行感知，然后根据感知结果进行控制。
机器人通过传感器获取环境数据，通过算法对数据进行处理和分析，从而实现对机器人的控制。
传感器控制可以使机器人更加智能化和自适应，在各种复杂环境下都能够做出适应性的响应。
二、具体控制流程机器人的具体控制流程通常包括以下几个步骤。
1. 识别目标机器人首先需要通过传感器对周围环境进行扫描和感知，获取相关的目标信息。
通过图像识别、声音识别等技术，机器人可以对目标进行准确的辨识和定位。
2. 制定任务在识别目标之后，机器人需要根据目标的具体情况制定相应的任务。
任务可以是移动到目标位置、拾取物体、进行测量等。
机器人控制系统会根据任务要求生成相应的控制指令。
3. 运动规划机器人在执行任务之前需要进行运动规划，即确定自己的运动轨迹和路径。
运动规划通常需要考虑到机器人的动力学模型、环境障碍物以及路径规划算法等因素。
4. 控制执行在确定好运动规划之后，机器人开始执行控制指令，并进行相应的运动操作。
工业机器人的常用控制方法
工业机器人的常用控制方法1.点位控制（P点控制）：点位控制是指工业机器人按照特定的坐标点来实现移动和定位。
通过设定机器人末端执行器的坐标位置，控制机器人按照预定的路径和速度进行运动，从而完成特定的工作任务。
这种方法适用于需要定点装配、螺栓拧紧等操作。
2.路径控制（P-L控制）：路径控制是指控制机器人按照预定的路径进行运动。
通过设定机器人末端执行器沿着规定的轨迹进行运动，控制机器人的速度、加速度和方向，从而实现复杂的操作任务，如焊接、喷涂等。
3.力/力矩控制（F/T控制）：力/力矩控制是指通过工业机器人末端执行器上的力/力矩传感器测量和控制机器人对物体的力和力矩。
通过测量末端执行器施加的力和力矩，并根据设定的控制策略，控制机器人的力和位置，以适应不同工件的要求。
这种方法适用于需要完成精密装配、操作敏感物体等任务。
4.视觉导引控制：视觉导引控制是指通过摄像机等视觉传感器获取工作环境的信息，并将这些信息输入到控制系统中。
通过图像处理和模式匹配等算法，控制机器人末端执行器的运动和操作，从而实现精确的视觉引导和检测。
这种方法适用于需要进行精确定位、识别和检测的任务，如物体搬运、自动装配等。
5.轨迹规划和插补控制：轨迹规划和插补控制是指通过规划机器人末端执行器的运动轨迹和插补点，实现工业机器人的运动和操作。
通过控制机器人的速度、加速度和运动方向，确保机器人的运动平滑和准确。
这种方法适用于需要复杂路径和运动规划的操作，如铣削、抛光等。
6.无线遥控：无线遥控是指通过无线通信技术，将操作指令传输到工业机器人控制系统，实现对机器人的遥控和操作。
操作人员可以通过操纵杆、手柄等设备，远程操控机器人进行各种操作。
这种方法适用于需要在远离机器人的位置进行操作的场合，如危险环境、高温环境等。
除了以上常用的控制方法外，工业机器人还可以通过其他技术和方法进行控制，如自适应控制、学习控制、力控制等。
这些控制方法的选择取决于具体的应用需求和操作要求，能够提高机器人的操作效率、准确性和安全性，实现自动化生产的目标。
机器人控制原理
机器人控制原理机器人控制原理是指控制机器人运动、动作和行为的基本原理。
在现代工业和科学技术领域，机器人已经成为一个重要的工具和研究对象。
了解机器人控制原理对于设计、制造和应用机器人具有重要意义。
首先，机器人的控制原理涉及到传感器和执行器的应用。
传感器是机器人获取外部信息的重要手段，包括光电传感器、接近传感器、压力传感器等。
传感器可以让机器人感知环境的变化，从而做出相应的反应。
执行器则是机器人执行动作的装置，包括电机、液压装置、气动装置等。
通过传感器和执行器的配合，机器人可以实现对外部环境的感知和控制。
其次，机器人的控制原理涉及到控制系统的设计和实现。
控制系统是指对机器人进行控制和调节的一套系统，包括控制算法、控制器、执行器和传感器等。
控制系统的设计需要考虑机器人的运动学和动力学特性，以及外部环境的变化和干扰。
控制系统的实现需要运用控制理论和工程技术，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
通过控制系统的设计和实现，可以实现对机器人运动、动作和行为的精确控制。
另外，机器人的控制原理涉及到人机交互和自主控制的问题。
人机交互是指人与机器人之间的信息交流和指令传递，包括语音控制、手势控制、遥控器控制等。
人机交互可以让人类更加方便地控制和操作机器人，提高工作效率和安全性。
自主控制是指机器人能够根据预先设定的任务和环境条件，自主地进行决策和行动。
自主控制需要机器人具备一定的智能和学习能力，可以根据环境变化和任务要求做出相应的反应和调整。
总之，机器人控制原理是一个涉及多个学科和领域的综合性问题，包括机械工程、电子工程、计算机科学、控制科学等。
了解机器人控制原理对于提高机器人的性能和应用价值具有重要意义，也是未来机器人研究和发展的重要方向之一。
希望通过不断的研究和实践，可以更好地理解和应用机器人控制原理，推动机器人技术的发展和应用。
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2018/10/8
10
各种先进控制策略
• 模糊控制
通常的模糊控制是借助熟练操作者经验，通过“语言 变量”表述和模糊推理来实现的无模型控制。 • 神经控制——人工神经网络控制 神经控制便是由神经网络组成的控制系统结构。 • 鲁棒控制
鲁棒控制的基本特征，是用一个结构和参数都是固定 不变的控制器，来保证即使不确定性对系统的性能品 质影响最恶劣的时候也能满足设计要求。
机器人控制
于薇薇 西北工业大学 机电学院源自2018/10/81
一、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。
2018/10/8
11
各种先进控制策略(续)
• 滑模控制 滑模变结构控制系统的特点是：在动态控制过程中， 系统的结构根据系统当时的状态偏差及其各阶导数值， 以跃变的方式按设定的规律作相应改变，该类控制系 统预先在状态空间设定一个特殊的超越曲面，由不连 续的控制规律，不断变换控制系统结构，使其沿着这 个特定的超越曲面向平衡点滑动，最后渐近稳定至平 衡点。 • 学习控制 产生自主运动的认知控制系统，包括感知层、数据处 理层、概念产生层、目标感知层、控制知识／数据库、 结论产生层等。
2018/10/8
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工业机器人控制系统工作过程
根据外界环境确定任务 计算目标任务在笛卡尔空间的位姿 确定运动轨迹（点动或轨迹） 转换为关节空间角度 转换为电机的给定值 内 部 反 馈 运 协动 调控 层制 器 伺 执服 行控 层制 器 作 组业 织控 层制 器
外 部 反 馈
电机的伺服控制
任务执行
机器人控制过程示意图
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（Optimal Control） 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 控制，即所谓“砰—砰”控制。
机器人控制问题
基本控制原则： 1）、尽可能使问题简化。 2）、将复杂的总体系统控制问题尽可能 简化为多个低阶子系统的控制问题。 3）、一般情况下，机器人的基本控制技 术可归结为单关节控制技术和多关节控制技 术，前者需要考虑误差补偿问题，后者可考 虑耦合作用的补偿。
2018/10/8
9
常用伺服控制策略(续)
• 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。
• 机器人的动作常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。
2018/10/8 8
常用伺服控制策略
• 各种PID 控制方式
工业机器人典型控制方式
• 点位式（PTP，point to point） 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, continuous path) 指定点与点之间的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
2018/10/8 3
机器人控制系统在物理上分为两级：工控机与 伺服控制器，但在逻辑上一般分为三级（层）：
• （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
2018/10/8
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作业控制器
运动控制器
驱动控制器1
n h(, ) R 称 D() R 为惯量矩阵， 是离心力、科氏力向量，b R nn 为黏性摩 n G() R 为重力项的向量。 擦系数矩阵， nn
机器人控制问题
机器人动力学的特点： 1）、非线性：引起非线性的因数很多， 如：机构构型、传动机构、驱动机构等。 2）、强耦合：某一关节的运动，会对其 他关节产生动力效应，使得每个关节都要承 受其他关节运动所产生的扰动。 3）、时变：动力学参数随关节运动位置 的改变而变化。
驱动控制器2
驱动控制器3
驱动控制器4
机器人本体
机器人控制系统的构成
2018/10/8 5
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 • 驱动控制级 中 细 精确 精确 任务分解 控制
通过分层递阶的组织形式才能完成复杂任务
2018/10/8 6
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。
2018/10/8 7
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。
2018/10/8 12
感知部分
传感器层 数据处理层 存储层
认知部分
控制层 执行层
外部世界
机器人学习控制系统结构图
2018/10/8
13
机器人控制问题
机器人的动力学方程通式：
h( , ) b G() D() n
n 为驱动力矩向量。 为广义关节向量， 其中：