中职教学课件机器人控制系统.pptx

机器人控制系统,机器人控制系统,6.1,机器人,传感器,6.2,驱动与运动控制系统,本章主要,内容,6.3,控制理论与算法,6.1 机器人传感器6.2 驱动与运动控制系统本章主要内容6,6.1.1,机器人传感器的特点和要求,6.1.2,机器人内部,传感器,6.1,机器人,传感器,章目录,6.1.3,机器人外部传感器,6.1.1 机器人传感器的特点和要求6.1.2 机器人内部传,6.1.1,机器人传感器的特点和,要求,位置传感器,速度传感器,简单触觉传感器,复合触觉传感器,简单力觉传感器,复合力觉传感器,接近觉传感器,简单视觉传感器,复合视觉传感器,感觉传感器,传感器的种类,节目录,章目录,6.1.1 机器人传感器的特点和要求位置传感器速度传感器简单,传感器的性能指标,基本参数,环境参数,使用条件,传感器常用参数指标,灵敏度,线性度,精度,重复性,分辨率,响应时间,抗干扰能力,传感器的性能指标基本参数环境参数使用条件传感器常用参数指标灵,6.1.2,机器人内部,传感器,位置,传感器,电位器式,绝对型光电编码器,增量型光电编码器,编码式,绝对型编码器码盘,6.1.2 机器人内部传感器位置电位器式绝对型光电编码器增量,速度,传感器,测速电动机,模拟方式,数字方式,增量式光电编码器,机器人速度伺服控制系统,直流测速发电机的结构原理,1,永久磁铁,；,2,转子线圈,；,3,电刷,；,4,整流子,速度测速电动机模拟方式数字方式增量式光电编码器机器人速度伺服,6.1.3,机器人外部传感器,外部传感器,接近觉传感器,电涡流式传感器,光纤式传感器,超声波传感器,力,(,力矩,力觉,),传感器,触觉传感器,电涡流传感器工作原理,超声波传感器原理,6.1.3 机器人外部传感器外部传感器接近觉传感器电涡流式传,光纤传感器结构,应变片式机器人腕力和力矩传感器,光纤传感器结构应变片式机器人腕力和力矩传感器,6.2.1,概述,6.2.2,基于计算机和芯片的运动控制器设计,6.2,驱动与运动控制系统,6.2.3,基于,PC,技术的运动控制（卡）器,6.2.4,机器人的伺服执行机构,6.2.5,MOTOMAN UP6,型机器人的,运动控制,6.2.1 概述6.2.2 基于计算机和芯片的运动控制器设计,6.2.1,概述,按照伺服控制方式,开环控制系统,闭环控制系统,半闭环伺服控制系统,按驱动执行元件,步进电动机驱动,直流伺服电动机驱动,交流伺服电动机驱动,6.2.1 概述按照伺服控制方式开环控制系统闭环控制系统半闭,6.2.2,基于计算机和芯片的运动控制器,设计,1.LM628,芯片概述,LM628,芯片构成的,伺服系统原理,6.2.2 基于计算机和芯片的运动控制器设计1.LM628,2.LM628,芯片的特点,32,位的位置、速度、加速度寄存器，,16,位可编程数字,PID,滤波器,与增量式编码器的接口,可编程微分采样间隔,8,位或,12,位,D/A,转换器输出数据,内部梯形速度图发生器,速度、目标位置和滤波器参数在运动过程中可以改变,可选择位置或速度控制方实时可编程的主计算机中断,2.LM628芯片的特点32位的位置、速度、加速度寄存器，,3.LM628,芯片的基本功,能,接受主机发送来的运动控制指令，并把运动控制器当前的状态及数据送给主机；,作速度曲线发生器，执行速度梯形图的计算和数字滤波，产生速度曲线。

不论是位置控制还是速度控制都需要有速度曲线发生器产生梯形速度分布图；,利用增量编码器进行实际位置的反馈；,在运行中计算实际位置和理论位置（由速度发生器产生的位置）的差值，并把该差值经,PID,数字滤波器处理后输出，经外接,D/A,转换器转换和功率放大，最后驱动电动机运动速度曲线图,3.LM628芯片的基本功能接受主机发送来的运动控制指令，,4.LM628,芯片用户,指令集,指,令,类,型,说,明,HEX,数据,字节,指,令,类,型,说,明,HEX,数据,字节,RESET,初,始,化,复位,00,0,LFIL,滤,波,装入,滤波器参数,1E,2,10,PORT8,选择,8,位输出,05,0,UDF,修改,滤波器参数,04,0,PORT12,选择,12,位输出,06,0,LTRJ,轨,迹,装入轨迹,数据,1F,2,14,DFH,定义原点,02,0,STT,启动,01,0,SIP,中,断,设定,INDEX,位置,03,0,RDSTAT,报,告,读状态字节,1,LPEI,误差中断,1B,2,RDSIGS,读信号,寄存器,0C,2,LPES,误差停,1A,2,RDIP,读,INDEX,位置,09,4,SBPA,设定断点，绝对,20,4,RDDP,读预定位置,08,4,SBPR,设定断点，相对,21,4,RDRP,读实际位置,0A,4,MSKI,屏蔽中断,1C,2,RDDV,读预定速度,07,4,RSTI,复位中断,1D,2,RDRV,读实际速度,0B,2,RDSUM,读积分和,0D,2,4.LM628芯片用户指令集指 令类型说 明H,5.,LM628,芯片的运动控制器电路设计,5.LM628芯片的运动控制器电路设计,6.2.3,基于,PC,技术的运动控制（卡）器,1.GM-400,四轴运动控制器主要功能,提供四路模拟电压控制信号,提供四路,PWM,控制信号,提供四路增量式光电编码器反馈信号接口,增量码盘计数频率可达,1MHz,四轴位置、速度、加速度控制,可编程数字,PI+V,ff,滤波,可编程数字,PID,滤波，点到点位置控制,单轴最小伺服采样周期为,100,m,s,32,位长度的位置寄存器,硬件检测,INDEX,信号,硬件检测,HOME,信号,可编程,S,曲线、梯形曲线、速度跟踪和电子齿轮式运动控制方式,6.2.3 基于PC技术的运动控制（卡）器1.GM-400,采用四轴运动控制器组成的控制系统框图,采用四轴运动控制器组成的控制系统框图,2.,运动控制器,的输入,/,输出接口,八路光电隔离限位开关信号输入接口；,四路光电隔离原点信号输入接口；,十六路光电隔离输入可作为伺服驱动器故障输入接口，也可作为由用户定义的其他输入信号接口；,十六路光电隔离输出信号可用于伺服驱动器的使能和故障复位控制，也可以由用户定义成其他输出信号接口。

2.运动控制器的输入/输出接口八路光电隔离限位开关信号输入,3.,运动控制器,总线,接口,运动控制器,采用标准的,ISA,和,PC/104,总线,接口4.,运动控制器,电源信号,GM-400,四轴运动控制器的数字电路、编码器与,伺服电动机,控制采用,PC,机,ISA,总线插槽提供的,+5V,电源，电流不大于,2A,；,+12V,和,-12V,电源电流不大于,60mA,计算机的电源地（,GND,）作为,+5V,，,+12V,和,-12V,的公共地八路限位开关信号输入、四路原点信号输入、十六路光电隔离输出和十六路光电隔离输入信号的接口电源,OVCC,和接口电源地,AGND,必须由外部电源提供3.运动控制器总线接口 运动控制器采用标准的ISA和PC/,5.,运动,控制器工作原理,5.运动控制器工作原理,（,1,）闭环控制下的四种运动控制模式,1,）,S,曲线,模式,S,曲线模式控制曲线,变形后的,S,曲线模式控制曲线,（1）闭环控制下的四种运动控制模式S曲线模式控制曲线变形后的,2,）梯形曲线模式,梯形曲线,控制,变形,后的梯形控制曲线,2）梯形曲线模式梯形曲线控制,3,）速度跟踪,模式,在,电子齿轮模式下，主机只需设置一个运动参数，即电子齿轮减速比，这是一个带符号的,32,位二进制数，,范围：,-16384,至,16383,（,65535/65536,）。

运动时，从动轴作为被驱动轴，其目标运动由主动轴运动乘以电子齿轮减速比来确定在,该模式下,由主机设定额定加速度和最大速度两个参数开始运动时以给定的加速度连续加速直到达到设定的最大速度速度设定值必须为正值,运动方向由加速度的符号确定,即正加速度产生正向运动,而负加速度则产生负向运动4,）电子齿轮模式,3）速度跟踪模式 在电子齿轮模式下，主机只需设置一个运,（,2,）,运动控制器的,速度控制,（,3,）,控制器运动轴的,控制,（,4,）工作,参数的设置和刷新,（,5,）轴运动错误监测和状态,恢复,（,6,）轴位置高速捕获,（,7,）控制器中断,（,8,）,电动机输出,（,9,）逻辑,I/O,控制,（,10,）,GM-400,运动控制器软件编程,节目录,章目录,（2）运动控制器的速度控制节目录章目录,6.2.4,机器人的伺服,执行机构,1,.,步进电动机的优点,输出角度精度高，无积累误差，惯性小,输入和输出呈严格线性关系,容易实现位置、速度控制，起、停及正反转控制方便,输出信号为数字信号，可以与计算机直接对接,结构简单，使用方便，可靠性高，寿命长,三相反应式,步进电动机,结构,原理,1,绕组；,2,定子铁心；,3,转子；,4A,相磁通,节目录,章目录,6.2.4 机器人的伺服执行机构1.步进电动机的优点输出角,2.,直流,伺服电动机,节目录,章目录,2.直流伺服电动机节目录章目录,6.2.5 MOTOMAN UP6,型机器人的,运动控制,节目录,1.,概述,章目录,6.2.5 MOTOMAN UP6型机器人的运动控制节目录1,2.XRC,的功能,操作功能,安全保护功能,维护功能,3.XRC,的外部轴控制,节目录,章目录,2.XRC的功能操作功能安全保护功能维护功能3.XRC的,节目录,本节完,章目录,节目录本节完章目录,6.3.1,机器人分解运动的速度控制,6.3.2,机器人分解运动的加速度控制,6.3,控制理论与算法,章目录,6.3.3,力和力矩,的控制,6.3.1 机器人分解运动的速度控制6.3.2 机器人分解运,6.3.1,机器人分解运动的,速度控制,n,个,自由度的,机器人，其,末端执行器在笛卡儿坐标系下的位姿,矢量：,机器人的广义关节坐标,矢量,：,两者之间的,关系,：,节目录,章目录,6.3.1 机器人分解运动的速度控制n个自由度的机器人，其末,节目录,章目录,节目录章目录,6.3.2,机器人分解运动的加速度,控制,节目录,章目录,6.3.2 机器人分解运动的加速度控制节目录章目录,6.3.3,力和力矩,的控制,节目录,本章完,视频,1,视频,2,章目录,总目录,6.3.3 力和力矩的控制节目录本章完视频1视频2章目录总目,。