导读

人体的四肢如果没有神经系统和肌肉，便无法正常运作。这是因为来自感官的信号无法被接收和处理，同时也因为没有器官发出神经信号，导致肌肉不能收缩或舒张。同样地，机器人若仅有传感器和驱动器而无控制系统，机械臂也无法正常工作。控制系统的作用在于接收传感器输出的信号，并为驱动电动机提供所需的电压和电流。

机器人控制系统概念

机器人控制系统是一个由控制主体、控制客体和控制媒体组成的管理系统，旨在按照期望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内的相关变量。它确保被控制的对象达到理想状态，并使其趋于稳定的运行状态。

机器人控制系统的功能要求

1. 记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度及工艺相关信息。
2. 示教功能：包括离线编程、在线示教（如示教盒和导引示教）。
3. 与外围设备联系功能：包括输入输出接口、通信接口、网络接口和同步接口。
4. 坐标设置功能：支持关节、绝对、工具和用户自定义坐标系。
5. 人机接口：包括示教盒、操作面板和显示屏。
6. 传感器接口：涵盖位置检测、视觉、触觉和力觉等功能。
7. 位置伺服功能：实现多轴联动、运动控制、速度和加速度控制及动态补偿。
8. 故障诊断安全保护功能：监控系统状态、故障保护和自诊断。

机器人控制系统的主要种类

根据机器人的作业指令和传感器反馈信号，控制系统可以分为开环和闭环系统。开环系统不具备信息反馈功能，而闭环系统则具备信息反馈功能。控制系统还可根据控制原理分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运动形式，又可以分为点位控制和轨迹控制。

工业机器人控制系统组成

1. 控制计算机：负责调度指挥中心任务。
2. 示教盒：用于示教机器人工作轨迹和参数设定，与主计算机通过串行通信方式交互。
3. 操作面板：完成基本功能操作。
4. 存储装置：存储机器人工作程序。
5. 输入输出接口：处理各种状态和控制命令。
6. 打印机接口：记录输出信息。
7. 传感器接口：实现自动检测和柔顺控制。
8. 轴控制器：控制各关节的位置、速度和加速度。
9. 辅助设备控制：控制与机器人配合的辅助设备。
10. 通信接口：实现与其他设备的信息交换。
11. 网络接口：包括以太网和现场总线接口。

机器人控制系统结构方式

集中控制系统

利用一台计算机实现全部控制功能，成本低但实时性差，难以扩展。这种系统适用于早期机器人，其优点包括硬件成本低、便于信息采集和分析、易于实现最优控制。缺点是缺乏灵活性、控制危险集中，且系统实时性较差。

主从控制方式

采用主、从两级处理器实现控制，主CPU管理、坐标变换和轨迹生成，从CPU负责关节动作控制。这种系统适合高精度、高速度控制，但扩展性较差。

分散控制方式

将系统控制分成多个模块，每个模块负责不同的任务和策略。这种方式实时性好，易于扩展，可实现智能控制。分布式控制系统的优势在于灵活性好、危险性低，能够提高系统的处理效率和响应时间。

两级分布式控制系统

通常由上位机和下位机组成，上位机进行轨迹规划和控制算法，下位机进行插补和控制优化。这种系统通过通讯总线协调工作，如RS-232、RS-485、EEE-488和USB总线。以太网和现场总线技术的发展使得机器人控制系统更加高效和可靠。

机器人控制系统分类

1. 程序控制系统：按预定轨迹控制机器人。
2. 自适应控制系统：根据外部条件调整控制参数。
3. 人工智能系统：根据实时感知信息调整控制行为。
4. 点位式控制系统：精确控制末端执行器的位置和姿态。
5. 连续轨迹控制系统：按照示教轨迹和速度运动。
6. 控制总线：使用国际标准或自定义总线控制机器人。
7. 编程方式：包括物理设置编程、在线编程和离线编程。

希望这些内容对你有所帮助。如果你还有其他问题，欢迎随时提问！