第六章 机器人控制系统
6.4机器人控制系统的结构
【内容提要】
本课主要学习机器人控制系统结构、基本功能、基本组成、分层结构、硬件组成、软件组成、示教再现、川安机器人的结构等内容。
知识要点：
? 伺服控制系统的基本结构、功能和组成 ? 伺服控制系统的分层结构 ? 伺服控制系统的示教再现 ? 川安机器人的结构
重点：
? 机器人控制系统的基本结构 ? 机器人控制系统工作过程 难点：
? 机器人控制的示教再现
关键字：
? 机器人控制系统结构、工作过程、示教再现
【本课内容】
6.4 机器人控制系统结构
一般的伺服控制系统包括伺服执行元件（伺服电动机)、伺服运动控制器、功率放大器(又称为伺服驱动器)、位置检测元件等。伺服运动控制器的功能是实现对伺服电动机的运动控制，包括力、位置、速度等的控制。
某些机器人系统把各个轴的伺服运动控制器和功率放大器集成组装在控制柜内，如MOTOMAN机器人，这样实际上相当于由一台专用计算机控制。
6.4.1 机器人控制系统的基本组成 1 机器人控制系统的基本功能
机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下。
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。 示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包锤示教盒和导引示教两种。 扩展功能：输入/输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。 坐标设置：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 人机接口:示教盒、操作面板、显示屏。 传感器接口:位置检测、视觉、力觉等。
位置伺服功能:机器人多轴联动、运动控制、速度控制、加速度控制、动态补偿等。 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相故障自诊断。 2 机器人控制系统的基本组成
机器人控制系统的组成，如图6.20所示。
1)控制计算机:控制系统的调度指挥机构。一般为微型机，微处理器有32位、64位 等。
2)示教盒: 示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人杌交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
3)操作面板:由各种操作按键、状态指示灯构成，只能完成简单功能操作。 4)磁盘存储:存储机器人工作程序的存储器。 5)输入/输出:各种状态和控制命令的输入或输出。 6)打印机接口:记录需要输出的各种信息。
图6.20 机器人控制系统的组成
7）传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。
8)伺服控制器:完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。
9)辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。 10)通信接口:实现机器人和其他设各的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。 11)网络接口:与其他机器人以及上位管理计算机连接的Ethernet接口，可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC通信，数据传输速率高达lOMbit/s，可直接在PC上用Windows库函数进行应用程序编程之后，支持TCP/IP通信协议，通过Ethernet接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。
6.4.2 机器人控制系统的基本结构
一个典型的机器人运动控制系统，主要由上位计算机、运动控制器、驱动器、电动机、执行机构和反馈装置构成，如图6.21所示。
图6.21 机器人控制系统的基本结构
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