（文章來源：中國智能化網）

系統(tǒng)是工業(yè)機器人的重要組成部分，它的作用相當于人腦。擁有一個功能完善、靈敏可靠的控制系統(tǒng)是工業(yè)機器人與設備協調動作、共同完成作業(yè)任務的關鍵。工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)一般由對其自身運動的控制和工業(yè)機器人與周邊設備的協調控制兩部分組成。

1．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的特點，機器人從結構上講屬于一個空間開鏈機構，其中各個關節(jié)的運動是獨立的，為了實現末端點的運動軌跡，需要多關節(jié)的運動協調，其控制系統(tǒng)較普通的控制系統(tǒng)要復雜得多。

機器人控制系統(tǒng)的特點如下：機器人的控制是與機構運動學和動力學密切相關的。在各種坐標下都可以對機器人手足的狀態(tài)進行描述，應根據具體的需要對參考坐標系進行選擇，并要做適當的坐 標變換。經常需要正向運動學和反向運動學的解，除此之外還需要考慮慣性力、外力（ 包括重力）和向心力的影響。

即使是一個較簡單的機器人，也至少需要 3～5 個自由度，比較復雜的機器人則需要十幾個甚至幾十個自由度。每一個自由度一般都包含一個伺服機構，它們必須協調起來，組成一個多變量控制系統(tǒng)。由計算機來實現多個獨立的伺服系統(tǒng)的協調控制和使機器人按照人的意志行動，甚至賦予機器人一定“智能”的任務。所以，機器人控制系統(tǒng)一定是一個計算機控制系統(tǒng)。同時，計算機軟件擔負著艱巨的任務。

由于描述機器人狀態(tài)和運動的是一個非線性數學模型，隨著狀態(tài)的改變和外力的變化，其參數也隨之變化，并且各變量之間還存在耦合。所以，只使用位置閉環(huán)是不夠的，還必須要采用速度甚至加速度閉環(huán)。系統(tǒng)中經常使用重力補償、前饋、解耦或自適應控制等方法。

由于機器人的動作往往可以通過不同的方式和路徑來完成，所以存在一個“最優(yōu)”的問題。對于較高級的機器人可采用人工智能的方法，利用計算機建立龐大的信息庫，借助信息庫進行控制、決策、管理和操作。

根據傳感器和模式識別的方法獲得對象及環(huán)境的工況，按照給定的指標要求，自動地選擇最佳的控制規(guī)律。綜上所述，機器人的控制系統(tǒng)是一個與運動學和動力學原理密切相關的、有耦合的、非線性的多變量控制系統(tǒng)。因為其具有的特殊性，所以經典控制理論和現代控制理論都不能照搬使用。到目前為止，機器人控制理論還不夠完整和系統(tǒng)。

2．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的主要功能，工業(yè)機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動作的時間等項目 工業(yè)機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動作的時間等項目的控制是工業(yè)機器人控制系統(tǒng)的主要任務，其中有些項目的控制是非常復雜的。

示教再現功能。示教再現功能是指控制系統(tǒng)可以通過示教盒或手把手進行示教，將動作順序、運動速度、位置等信息用一定的方法預先教給工業(yè)機器人，由工業(yè)機器人的記憶裝置將所教的操作過程自動地記錄在存儲器中，當需要再現操作時，重放存儲器中存儲的內容即可。如需更改操作內容時，只需重新示教一遍。運動控制功能。運動控制功能是指對工業(yè)機器人末端操作器的位姿、速度、加速度等項目的控制。

3．控制系統(tǒng)的組成，工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)由相應的硬件和軟件組成。硬件主要包括以下幾部分：傳感裝置可分為內部傳感器和外部傳感器。其中前者是用來感知其自身的狀 態(tài)的，其作用是對工業(yè)機器人各關節(jié)的位置、速度和加速度等進行檢測；后者是用感知工作環(huán)境和工作對象狀態(tài)的，外部傳感器包括視覺、力覺、觸覺、聽覺、滑覺等傳感器。

控制裝置一般由一臺微型或小型計算機及相應的接口組成。其作用是用來對各種感覺信息進行處理，執(zhí)行控制軟件，并產生控制指令。關節(jié)伺服驅動部分。這部分的主要作用是以控制裝置的指令為依據，按作業(yè)任務的要求驅動各關節(jié)運動。控制軟件由運動軌跡規(guī)劃算法和關節(jié)伺服控制算法及相應的動作程序組成。它可以使用所有的編程語言編制，但工業(yè)機器人控制軟件的主流是由通用語言模塊化而編制形成的專用工業(yè)語言。

4．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)各組成部分的名稱和作用，控制計算機是控制系統(tǒng)的調度指揮機構，一般使用微型計算機或?微處理器。示教盒的作用是完成示教機器人工作軌跡、參數設定和所有的人機交 互操作，它擁有獨立的 CPU 以及存儲單元，以串行通信方式與主計算機實現信息交互。操作面板由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構成，其功能是完成基本功能操作。

硬盤和軟盤存儲器等于存儲機器人工作程序的存儲器。數字和模擬量輸入／輸出。該部分的作用是實現各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出功能。打印機接口的作用是記錄需要輸出的各種信息。傳感器接口是用于信息的自動檢測，實現機器人柔順控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。

軸控制器的作用是完成機器人各關節(jié)位置、速度和加速度的控制。輔助設備控制用來控制和機器人配合的輔助設備，如手爪變位器等。通信接口是用來實現機器人和其他設備的信息交換的，一般有串行接口、并行接口等。網絡接口包括 Ethernet 接口和 Fieldbus 接口。

通過 Ethernet 接口可以實現多臺或單臺機器人的直接PC通信，數據傳輸速率可達到 10Mb／s，并可直接在PC 上用 Windows95或 Windows nt庫函數進行應用程序編程之后，支持 TCP／P 通信協議，還可通過 Ethernet 接口將數據及程序裝入各個機器人控制器中。Fieldbus 接口支持多種流行的現場總線規(guī)格，如 Device net、ABRemote I／O、 Interbus－s、 profibus－DP、M－NET 等。
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