第4章

工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)4.1.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)多數(shù)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立的，為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置精度，需要多關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)。因此，機(jī)器人控制系統(tǒng)與普通的控制系統(tǒng)相比要復(fù)雜。機(jī)器人控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。(1)機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個(gè)多變量控制系統(tǒng)，即使是簡(jiǎn)單的工業(yè)機(jī)器人也有3～5個(gè)自由度，比較復(fù)雜的機(jī)器人有十幾個(gè)自由度，甚至幾十個(gè)自由度。每個(gè)自由度一般包含一個(gè)伺服機(jī)構(gòu)，多個(gè)獨(dú)立的伺服系統(tǒng)必須有機(jī)地協(xié)調(diào)起來(lái)。例如機(jī)器人的手部運(yùn)動(dòng)是所有關(guān)節(jié)的合成運(yùn)動(dòng)。要使手部按照一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，就必須控制機(jī)器人的基座、肘、腕等各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，包括運(yùn)動(dòng)軌跡、動(dòng)作時(shí)序等多方面。4.1工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)概述(2)運(yùn)動(dòng)描述復(fù)雜，機(jī)器人的控制與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)密切相關(guān)。描述機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)的數(shù)學(xué)模型是一個(gè)非線性模型，隨著狀態(tài)的變化，其參數(shù)也在變化，各變量之間還存在耦合。因此，僅僅考慮位置閉環(huán)是不夠的，還要考慮速度閉環(huán)，甚至加速度閉環(huán)。在控制過(guò)程中，根據(jù)給定的任務(wù)，還應(yīng)當(dāng)選擇不同的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，并做適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換，以求解機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正問(wèn)題和逆問(wèn)題。此外，還要考慮各關(guān)節(jié)之間慣性力等的耦合作用和重力負(fù)載的影響，因此，還經(jīng)常需要采用一些控制策略，如重力補(bǔ)償、前饋、解耦或自適應(yīng)控制等。(3)具有較高的重復(fù)定位精度，系統(tǒng)剛性好。機(jī)器人的重復(fù)定位精度較高，一般為±0.1mm。此外，由于機(jī)器人運(yùn)行時(shí)要求平穩(wěn)并且不受外力干擾，為此系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。 (4)信息運(yùn)算量大。機(jī)器人的動(dòng)作規(guī)劃通常需要解決最優(yōu)問(wèn)題。例如機(jī)械手末端執(zhí)行器要到達(dá)空間某個(gè)位置，可以有好幾種解決辦法，此時(shí)就需要規(guī)劃出一個(gè)最佳路徑。較高級(jí)的機(jī)器人可以采用人工智能方法，用計(jì)算機(jī)建立起龐大的信息庫(kù)，借助信息庫(kù)進(jìn)行控制、決策管理和操作。即使是一般的工業(yè)機(jī)器人，根據(jù)傳感器和模式識(shí)別的方法獲得對(duì)象及環(huán)境的工況，按照給定的指標(biāo)要求，自動(dòng)選擇最佳的控制規(guī)律。(5)需采用加（減）速控制。過(guò)大的加（減）速度會(huì)影響機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，甚至使機(jī)器人發(fā)生抖動(dòng)，因此在機(jī)器人起動(dòng)或停止時(shí)采取加（減）速控制策略。通常采用勻加（減）速運(yùn)動(dòng)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，機(jī)器人不允許有位置超調(diào)，否則將可能與工件發(fā)生碰撞。一般要求控制系統(tǒng)位置無(wú)超調(diào)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)盡量快。(6)工業(yè)機(jī)器人還有一種特殊的控制方式，即示教再現(xiàn)控制方式。當(dāng)需要工業(yè)機(jī)器人完成某項(xiàng)作業(yè)時(shí)，可預(yù)先人為地移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人手臂來(lái)示教該作業(yè)的順序、位置及其他信息。在此過(guò)程中相關(guān)的作業(yè)信息會(huì)存儲(chǔ)在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的內(nèi)存中。在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，工業(yè)機(jī)器人通過(guò)讀取存儲(chǔ)的控制信息來(lái)再現(xiàn)動(dòng)作功能，并可重復(fù)進(jìn)行該作業(yè)。此外，從操作的角度來(lái)看，要求控制系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，盡量降低對(duì)操作者的技術(shù)要求。總之，工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是一個(gè)與運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)密切相關(guān)的、緊耦合的、非線性的多變量控制系統(tǒng)。4.1.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能(1)示教-再現(xiàn)功能。機(jī)器人控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)離線編程、在線示教及間接示教等功能，在線示教又包括通過(guò)示教器進(jìn)行示教和導(dǎo)引示教兩種情況。在示教過(guò)程中，可存儲(chǔ)作業(yè)順序、運(yùn)動(dòng)方式、運(yùn)動(dòng)路徑和速度及與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。在再現(xiàn)過(guò)程中，能控制機(jī)器人按照示教的加工信息自動(dòng)執(zhí)行特定的作業(yè)。(2)坐標(biāo)設(shè)置功能。一般的工業(yè)機(jī)器人控制器設(shè)置有關(guān)節(jié)坐標(biāo)、絕對(duì)坐標(biāo)、工具坐標(biāo)及用戶坐標(biāo)這4種坐標(biāo)系，用戶可根據(jù)作業(yè)要求選用不同的坐標(biāo)系并可以進(jìn)行各坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換。(3)與外圍設(shè)備的聯(lián)系功能。機(jī)器人控制器設(shè)置有輸入/輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口和同步接口，并具有示教器、操作面板及顯示屏等人機(jī)接口。此外還具有視覺(jué)、觸覺(jué)、接近覺(jué)、聽覺(jué)、力覺(jué)（力矩）等多種傳感器接口。(4)位置伺服等功能。機(jī)器人控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)控制、速度和加速度控制、力控制及動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)裙δ堋Ｔ谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中，還可以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷下的安全保護(hù)和故障自診斷等功能。4.1.3工業(yè)機(jī)器人的控制方式工業(yè)機(jī)器人控制方式的選擇，是由工業(yè)機(jī)器人所執(zhí)行的任務(wù)決定的。工業(yè)機(jī)器人控制方式的分類并沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一般可以按照以下方式來(lái)分類：1.按運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)控制的方式來(lái)分：關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)控制、直角坐標(biāo)空間運(yùn)動(dòng)控制2.按控制系統(tǒng)對(duì)工作環(huán)境變化的適應(yīng)程度來(lái)分：程序控制系統(tǒng)、適應(yīng)性控制系統(tǒng)、人工智能控制系統(tǒng)3.按同時(shí)控制機(jī)器人數(shù)目的多少來(lái)分：?jiǎn)慰叵到y(tǒng)、群控系統(tǒng)4.按運(yùn)動(dòng)控制方式的不同：位置控制、速度控制、力控制（包括位置/力混合控制）位置控制方式：工業(yè)機(jī)器人的位置控制分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩類，如圖4-1所示。點(diǎn)位控制方式用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)的位置控制，其運(yùn)動(dòng)是由一個(gè)給定點(diǎn)到下一個(gè)給定點(diǎn)，而點(diǎn)與點(diǎn)之間的軌跡卻不是最重要的。因此，它的特點(diǎn)是只控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點(diǎn)上的位姿。控制時(shí)只要求工業(yè)機(jī)器人快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)相鄰各點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)，而對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡則不做規(guī)定標(biāo)記。如自動(dòng)插件機(jī)是在貼片電路板上完成安插元件、點(diǎn)焊、搬運(yùn)、裝配等作業(yè)，就是采用點(diǎn)位控制。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間，控制方式比較簡(jiǎn)單，但要達(dá)到較高的定位精度則較難。（a）點(diǎn)位控制方式（b）連續(xù)軌跡控制圖4-1位置控制方式連續(xù)軌跡控制方式用于指定點(diǎn)與點(diǎn)之間的運(yùn)動(dòng)軌跡所要求的曲線，如直線或圓弧。這種控制方式的特點(diǎn)是連續(xù)地控制工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中的位姿，使其嚴(yán)格按照預(yù)先設(shè)定的軌跡和速度在一定的精度要求內(nèi)運(yùn)動(dòng)，速度可控、軌跡光滑、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，以完成作業(yè)任務(wù)。工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)、同步地進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，保證其末端執(zhí)行器可完成連續(xù)的既定軌跡。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是機(jī)器人末端執(zhí)行器的軌跡跟蹤精度及平穩(wěn)性。在用機(jī)器人進(jìn)行弧焊、噴漆、切割等作業(yè)時(shí)，應(yīng)選用連續(xù)軌跡控制方式。工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)多為串接的連桿形式，其動(dòng)態(tài)特性具有高度的非線性。但在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常把機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的伺服機(jī)構(gòu)來(lái)考慮。因此，工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)就變成了一個(gè)由多關(guān)節(jié)串聯(lián)組成的各自獨(dú)立又協(xié)同操作的線性系統(tǒng)。多關(guān)節(jié)位置控制是指考慮各關(guān)節(jié)之間的相互影響而對(duì)每一個(gè)關(guān)節(jié)分別設(shè)計(jì)的控制器。但是若多個(gè)關(guān)節(jié)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，則各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)之間的力或力矩會(huì)產(chǎn)生相互作用，因而又不能運(yùn)用單個(gè)關(guān)節(jié)的位置控制原理。要克服這種多關(guān)節(jié)之間的相互作用，必須添加補(bǔ)償，即在多關(guān)節(jié)控制器中，機(jī)器人的機(jī)械慣性影響常常被作為前饋?lái)?xiàng)考慮。速度控制方式：工業(yè)機(jī)器人在位置控制的同時(shí)，通常還要進(jìn)行速度控制。例如，在連續(xù)軌跡控制方式的情況下，工業(yè)機(jī)器人需要按預(yù)定的指令來(lái)控制運(yùn)動(dòng)部件的速度和實(shí)行加、減速，以滿足運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確的要求。由于工業(yè)機(jī)器人是一種工作情況（或行程負(fù)載）多變、慣性負(fù)載大的運(yùn)動(dòng)機(jī)械，要處理好快速與平穩(wěn)的矛盾，必須控制起動(dòng)加速和停止前的減速這兩個(gè)過(guò)渡運(yùn)動(dòng)區(qū)段。而在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，速度控制通常情況下也是必須的。力（力矩）控制方式：在進(jìn)行工件抓放操作、去毛刺、研磨和組裝等作業(yè)時(shí)，除了要求準(zhǔn)確定位之外，還要求使用特定的力或力矩傳感器對(duì)末端執(zhí)行器施加在工件上的力進(jìn)行控制。這種控制方式與位置伺服控制原理基本相同，但輸入量和輸出量不是位置信號(hào)，而是力（力矩）信號(hào)，因此系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。機(jī)器人如果能夠利用力反饋信息，主動(dòng)采用一定的策略去控制作用力，稱為主動(dòng)柔順，如圖4-2（a）所示。例如當(dāng)操作機(jī)將一個(gè)柱銷裝進(jìn)某個(gè)零件的圓孔時(shí)，由于柱銷軸和孔軸不對(duì)準(zhǔn)，無(wú)論機(jī)器人怎樣用力也無(wú)法將柱銷裝入孔內(nèi)。若采用力反饋或組合反饋控制系統(tǒng)，帶動(dòng)柱銷轉(zhuǎn)動(dòng)至某個(gè)角度，使柱銷軸和孔軸對(duì)準(zhǔn)，這種技術(shù)就稱為主動(dòng)柔順技術(shù)。如果機(jī)器人憑借輔助的柔順機(jī)構(gòu)在與環(huán)境接觸時(shí)能夠?qū)ν獠孔饔昧ψ匀坏仨槒模头Q為被動(dòng)柔順，如圖4-2（b）所示。對(duì)于與圖4-2（a）相同的任務(wù)，若不采用反饋控制，也可通過(guò)操作機(jī)終端機(jī)械結(jié)構(gòu)的變形來(lái)適應(yīng)操作過(guò)程中遇到的阻力。在圖4-2（b）中，在柱銷與操作機(jī)之間設(shè)有類似彈簧之類的機(jī)械結(jié)構(gòu)。當(dāng)柱銷插入孔內(nèi)而遇到阻力時(shí)，彈簧系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生變形，使阻力減小，以使柱銷軸與孔軸重合，保證柱銷順利地插入孔內(nèi)。由于被動(dòng)柔順控制存在各種不足，主動(dòng)柔順控制（力控制）逐漸成為主流。圖4-2主動(dòng)柔順與被動(dòng)柔順示意圖智能控制方式：在不確定或未知條件下作業(yè)，機(jī)器人需要通過(guò)傳感器獲得周圍環(huán)境的信息，根據(jù)自己內(nèi)部的知識(shí)庫(kù)做出決策，進(jìn)而對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，自主完成給定任務(wù)。若采用智能控制技術(shù)，機(jī)器人會(huì)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性及自學(xué)習(xí)能力。智能控制方法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的發(fā)展密切相關(guān)。這部分內(nèi)容請(qǐng)自行參閱相關(guān)文獻(xiàn)學(xué)習(xí)和研究。4.1.4工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成，主要包括：（1）控制計(jì)算機(jī)。它是控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)，一般為微型機(jī)和可編程邏輯控制器（PLC）。（2）示教編程器。示教機(jī)器人的工作軌跡、參數(shù)設(shè)定和所有人機(jī)交互操作擁有自己獨(dú)立的CPU及存儲(chǔ)單元，與主計(jì)算機(jī)之間以串行通信方式實(shí)現(xiàn)信息交互。（3）操作面板。操作面板由各種操作按鍵和狀態(tài)指示燈構(gòu)成，能夠完成基本功能操作。（4）磁盤存儲(chǔ)。存儲(chǔ)工作程序中的各種信息數(shù)據(jù)。（5）數(shù)字量和模擬量輸入/輸出。數(shù)字量和模擬量輸入/輸出是指各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出。（6）打印機(jī)接口。打印機(jī)接口用于打印記錄需要輸出的各種信息。（7）傳感器接口。傳感器接口用于信息的自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的柔順控制等。一般為力覺(jué)、觸覺(jué)和視覺(jué)傳感器。（8）軸控制器。用于完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度控制。（9）輔助設(shè)備控制。用于控制機(jī)器人的各種輔助設(shè)備，如手爪變位器等。（10）通信接口。用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和其他設(shè)備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等。（11）網(wǎng)絡(luò)接口。網(wǎng)絡(luò)接口包括Ethernet接口和Fieldbus接口。①Ethernet接口。可通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)臺(tái)或單臺(tái)機(jī)器人與PC機(jī)的通信，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)10Mb/s，可直接在PC機(jī)上用Windows庫(kù)函數(shù)進(jìn)行應(yīng)用程序編程，支持TCP/IP通信協(xié)議。通過(guò)Ethernet接口將數(shù)據(jù)及程序裝入各個(gè)機(jī)器人控制器中。②Fieldbus接口。Fieldbus接口支持多種流行的現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)格，如Devicenet、ABRemoteI/O等。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)有三種結(jié)構(gòu)：集中控制、主從控制和分布式控制。1.集中控制方式：用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能。早期的機(jī)器人常采用這種結(jié)構(gòu)。集中式控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)為：硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，整體性與協(xié)調(diào)性較好。其缺點(diǎn)為：缺乏靈活性，一旦出現(xiàn)故障其影響面廣。而且由于工業(yè)機(jī)器人的實(shí)時(shí)性要求很高，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，會(huì)降低系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，系統(tǒng)對(duì)多任務(wù)的響應(yīng)能力也會(huì)與系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性相沖突；系統(tǒng)連線復(fù)雜，也會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。3.主從控制方式：采用主、從兩級(jí)處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能。主CPU實(shí)現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等，從CPU實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動(dòng)作控制。主從控制方式實(shí)時(shí)性較好，適于高精度、高速度控制，但其系統(tǒng)擴(kuò)展性仍較差，維修困難。4.2工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.分布控制方式：分布控制方式是指將系統(tǒng)分成幾個(gè)模塊，每一個(gè)模塊有其自己的控制任務(wù)和控制策略，各模塊之間可以是主從關(guān)系，也可以是平等關(guān)系。這種方式實(shí)時(shí)性好，易于實(shí)現(xiàn)高速、高精度控制，易于擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)智能控制，是目前流行的方式。其主要思想是“分散控制，集中管理”，即系統(tǒng)對(duì)總體目標(biāo)和任務(wù)可以進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)和分配，并通過(guò)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作來(lái)完成控制任務(wù)。在這種結(jié)構(gòu)中，子系統(tǒng)由控制器、不同被控對(duì)象或設(shè)備構(gòu)成，各個(gè)子系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等相互通信。分布式控制結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)開放、實(shí)時(shí)、精確的機(jī)器人控制系統(tǒng)，常采用兩級(jí)控制方式。兩級(jí)分布式控制系統(tǒng)通常由上位機(jī)、下位機(jī)和網(wǎng)絡(luò)組成。上位機(jī)可以進(jìn)行不同的軌跡規(guī)劃和算法控制，下位機(jī)用于進(jìn)行插補(bǔ)細(xì)分、控制優(yōu)化等。上位機(jī)和下位機(jī)通過(guò)通信總線相互協(xié)調(diào)工作，通信總線可以是RS232、RS485、EEE488及USB總線等形式。現(xiàn)在，新型的網(wǎng)絡(luò)集成式全分布控制系統(tǒng)，即現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（fieldbuscontrolsystem，F(xiàn)CS）也已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。在機(jī)器人系統(tǒng)中引入現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)后，更有利于機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中的集成。無(wú)論工業(yè)機(jī)器人的控制方式如何，機(jī)器人控制柜是必須的。它用于放置各種控制單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)，并執(zhí)行程序，是機(jī)器人系統(tǒng)的大腦。1、ABB工業(yè)機(jī)器人的控制柜如圖4-3所示。它具有如下特點(diǎn)：圖4-3ABB工業(yè)機(jī)器人控制柜(1)靈活性強(qiáng)。IRC5控制器由一個(gè)控制模塊和一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊組成，可選增一個(gè)過(guò)程模塊以容納定制設(shè)備和接口，如點(diǎn)焊、弧焊和膠合等。配備這3種模塊的控制器完全有能力控制一臺(tái)6軸機(jī)器人外加伺服驅(qū)動(dòng)工件定位器及類似設(shè)備。若需增加機(jī)器人的數(shù)量，只需為每臺(tái)新增機(jī)器人增裝一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊，還可選擇安裝一個(gè)過(guò)程模塊。各模塊間只需要兩根連接電纜，一根為安全信號(hào)傳輸電纜，另一根為以太網(wǎng)連接電纜，供模塊間通信使用。(2)模塊化。控制模塊作為IRC5的心臟，自帶主計(jì)算機(jī)，能夠執(zhí)行高級(jí)控制算法，為多達(dá)36個(gè)伺服軸進(jìn)行路徑計(jì)算，并可指揮4個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊。(3)可擴(kuò)展性。由于采用標(biāo)準(zhǔn)組件，用戶不必?fù)?dān)心設(shè)備淘汰問(wèn)題，能隨時(shí)進(jìn)行設(shè)備升級(jí)。(4)通信便利。完善的通信功能是ABB機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，其IRC5控制器的PCI擴(kuò)展槽中可以安裝幾乎任何常見類型的現(xiàn)場(chǎng)總線板卡，支持最高速率為12Mb/s的雙信道profibusDP，可使用銅線和光纖接口的雙信道Interbus通信。ABB工業(yè)機(jī)器人的控制柜按鍵（1）主電源開關(guān)。是機(jī)器人系統(tǒng)的總開關(guān)。（2）緊急停止按鈕。在任何模式下，按下緊急停止按鈕，機(jī)器人立即停止動(dòng)作。要使機(jī)器人重新動(dòng)作，必須使緊急停止按鈕恢復(fù)至原來(lái)位置。（3）電動(dòng)機(jī)上電/失電按鈕。電動(dòng)機(jī)上電/失電按鈕表示電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。當(dāng)按鍵燈常亮?xí)r，表示上電狀態(tài)，機(jī)器人的電動(dòng)機(jī)被激活，已經(jīng)準(zhǔn)備好；當(dāng)按鍵燈快閃時(shí)，表示機(jī)器人未同步（未標(biāo)定或計(jì)數(shù)器未更新），但電動(dòng)機(jī)已激活；當(dāng)按鍵燈慢閃時(shí)，表示至少有一種安全停止生效，電動(dòng)機(jī)未被激活。（4）模式選擇按鈕。ABB工業(yè)機(jī)器人模式選擇按鈕一般分為兩位選擇開關(guān)和三位選擇開關(guān)，如圖4-4所示。自動(dòng)模式：機(jī)器人運(yùn)行時(shí)使用，在此狀態(tài)下，操縱搖桿不能使用。手動(dòng)差速模式：機(jī)器人只能以低速、手動(dòng)控制運(yùn)行，必須按住使能器才能激活電動(dòng)機(jī)。手動(dòng)全速模式：用于在與實(shí)際情況相近的情況下調(diào)試程序。A—自動(dòng)模式；B—手動(dòng)差速模式；C—手動(dòng)全速模式圖4-4ABB工業(yè)機(jī)器人模式選擇按鈕2、KUKA機(jī)器人控制柜系統(tǒng)KUKA機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于汽車制造、造船、冶金、娛樂(lè)等領(lǐng)域。機(jī)器人配套的設(shè)備有KRC2控制器柜、KCP控制盤，如圖4-5所示。圖4-5KUKA工業(yè)機(jī)器人控制柜KUKA工業(yè)機(jī)器人控制柜采用開放式體系結(jié)構(gòu)，有聯(lián)網(wǎng)功能的PCNASED技術(shù)。其主要特點(diǎn)如下：（1）采用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)處理器。（2）基于Windows平臺(tái)的操作系統(tǒng)，可在線選擇多種語(yǔ)言。（3）支持多種標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制總線（4）配有標(biāo)準(zhǔn)的各類插槽，方便擴(kuò)展和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷。（5）采用高級(jí)語(yǔ)言編程，程序可方便、快速地進(jìn)行備份及恢復(fù)。（6）集成了標(biāo)準(zhǔn)的控制軟件功能包，可適應(yīng)各種應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人有示教功能。示教人員將機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)預(yù)先教給機(jī)器人，在示教的過(guò)程中，機(jī)器人控制系統(tǒng)將各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)保存在存儲(chǔ)器中。當(dāng)需要機(jī)器人工作時(shí)，機(jī)器人的控制系統(tǒng)就調(diào)用存儲(chǔ)器中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，使機(jī)器人再現(xiàn)示教過(guò)的機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，由此完成要求的作業(yè)任務(wù)。示教有集中示教方式、分離示教方式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)示教方式、連續(xù)軌跡控制方式。將機(jī)器人手部在空間的位姿、速度、動(dòng)作順序等參數(shù)同時(shí)進(jìn)行示教的方式稱為集中示教方式。示教一次即可生成關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的伺服指令。將機(jī)器人的手部在空間的位姿、速度等參數(shù)分開單獨(dú)進(jìn)行示教的方式稱為分離示教方式。它的效果要好于集中示教方式。4.3工業(yè)機(jī)器人控制的示教再現(xiàn)在對(duì)用點(diǎn)位（PTP）控制的點(diǎn)焊、搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行示教時(shí)，可以分開編制程序，并且能進(jìn)行編輯、修改等工作。但是機(jī)器人手部在做曲線運(yùn)動(dòng)且位置精度要求較高時(shí)，示教點(diǎn)數(shù)就會(huì)較多，示教時(shí)間就會(huì)拉長(zhǎng)。而且由于在每一個(gè)示教點(diǎn)處都要停止和起動(dòng)，因此很難進(jìn)行速度控制。在對(duì)用連續(xù)軌跡（CP）控制的弧焊、噴漆機(jī)器人進(jìn)行示教時(shí)，示教操作一旦開始就不能中途停止，必須不間斷地進(jìn)行到底，且在示教途中很難進(jìn)行局部的修改。示教時(shí)可以是手把手示教，也可通過(guò)示教編程器示教。在示教的過(guò)程中，機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化被傳感器檢測(cè)到后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換送入控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)就將這些數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器中，作為機(jī)械手再現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，如圖4-6所示。系統(tǒng)記憶這些數(shù)據(jù)的速度取決于傳感器的檢測(cè)速度、變換裝置的轉(zhuǎn)換速度和控制系統(tǒng)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)速度。記憶容量取決于控制系統(tǒng)存儲(chǔ)器的容量。圖4-6機(jī)器人控制示教的記憶過(guò)程機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制是指機(jī)器人手部在空間從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)的過(guò)程或沿某一軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)其位姿、速度和加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)的控制。在工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中，控制方法往往決定于機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)路徑是機(jī)器人位姿的一定序列。路徑控制通常只給出機(jī)械手的動(dòng)作起點(diǎn)和終點(diǎn)，有時(shí)也給出一些中間的經(jīng)過(guò)點(diǎn)，所有這些點(diǎn)統(tǒng)稱為路徑點(diǎn)。要注意這些點(diǎn)不僅包括位置，還要包括方向。運(yùn)動(dòng)軌跡是指操作臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的位移、速度和加速度。軌跡控制就是控制機(jī)器人手端沿著一定的目標(biāo)軌跡運(yùn)動(dòng)。軌跡控制通常根據(jù)機(jī)械手完成的任務(wù)而定，但是必須按照一定的采樣間隔，通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，在關(guān)節(jié)空間中尋找光滑函數(shù)來(lái)擬合這些離散點(diǎn)。4.4工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制根據(jù)機(jī)器人作業(yè)任務(wù)中要求的手部運(yùn)動(dòng)，先通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解和數(shù)學(xué)插補(bǔ)運(yùn)算得到機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的位移、速度和加速度，再根據(jù)動(dòng)力學(xué)正解得到各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力（矩）。機(jī)器人控