机器人控制系统功能及构成详解

机器人控制器作为工业机器人最为核心的零部件之一，对机器人的性能起着决定性的影响，在一定程度上影响着机器人的发展。一般由四个部分组成：输入、输出、控制元件和算法。在一个简易的机器人系统里，分别对应的原件是：

1、输入：传感器，包含声呐、红外、摄像头、陀螺仪、加速度计、罗盘等；

2、输出：控制元件，一般是电机；

3、控制算法：控制板，从小到单片机，大到微机来实现；

4、控制目标：比如机器人的路径跟踪。

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机器人控制系统的定义

机器人控制系统的功能是接收来自传感器的检测信号，根据操作任务的要求，驱动机械臂中的各个电动机，就像人的活动需要依赖自身的关节一样，机器人的运动控制离不开传感器。机器人需要用传感器来检测各种状态，机器人的内部传感器信号被用来反映机械臂关节的实际运动状态，机器人的外部传感器信号被用来检测工作环境的变化，所以机器人的神经与大脑组合起来才能成一个完整的机器人控制系统。

机器人运动控制系统4大构成

执行机构：伺服电机或步进电机；

驱动机构：伺服或者步进驱动器；

控制机构：运动控制器，做路径和电机联动的算法运算控制；

控制方式：有固定执行动作方式的，那就编好固定参数的程序给运动控制器；如果有加视觉系统或者其他传感器的，根据传感器信号，就编好不固定参数的程序给运动控制器。

工业机器人控制系统介绍

（1）工业机器人控制系统硬件结构

控制器是机器人系统的核心，国外有关公司对我国实行严密技术封锁，国内技术发展受到限制，近年来随着微电子技术的发展，微处理器的性能越来越高，但价格则越来越便宜，目前市场上已经出现了1－2美金的32位微处理器。

高性价比的微处理器为机器人控制器带来了新的发展机遇，使开发低成本、高性能的机器人控制器成为可能。为了保证系统具有足够的计算与存储能力，目前机器人控制器多采用计算能力较强的Arm系列、DSP系列、POWER PC系列、Intel系列等芯片组成。

（2）工业机器人控制系统体系结构

在控制器体系结构方面，其研究重点是功能划分和功能之间信息交换的规范。在开放式控制器体系结构研究方面，有两种基本结构，一种是基于硬件层次划分的结构，该类型结构比较简单，在日本，体系结构以硬件为基础来划分，如三菱重工株式会社将其生产的PA210可携带式通用智能臂式机器人的结构划分为五层结构；另一种是基于功能划分的结构，它将软硬件一同考虑，其是机器人控制器体系结构研究和发展的方向。

机器人控制系统的基本功能

（1）记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息；

（2）示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种；

（3）与外围设备联系功能：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：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系；

（5）人机接口：示教盒、操作面板、显示屏；

（6）传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等；

（7）位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等；

（8）故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。