1. 對機器人控制系統的一般要求

機器人控制系統是機器人的重要組成部分，用于對操作機的控制，以完成特定的工作任務，其基本功能如下：

·記憶功能：存儲作業(yè)順序、運動路徑、運動方式、運動速度和與生產工藝有關的信息。

·示教功能：離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教盒和導引示教兩種。

·與外圍設備聯系功能：輸入和輸出接口、通信接口、網絡接口、同步接口。

·坐標設置功能：有關節(jié)、絕對、工具、用戶自定義四種坐標系。

·人機接口：示教盒、操作面板、顯示屏。

·傳感器接口：位置檢測、視覺、觸覺、力覺等。

·位置伺服功能：機器人多軸聯動、運動控制、速度和加速度控制、動態(tài)補償等。

·故障診斷安全保護功能：運行時系統狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護和故障自診斷。

2.機器人控制系統的組成(圖1)

(1)控制計算機 控制系統的調度指揮機構。一般為微型機、微處理器有32位、64位等，如奔騰系列CPU以及其他類型CPU。

(2)示教盒 示教機器人的工作軌跡和參數設定，以及所有人機交互操作，擁有自己獨立的CPU以及存儲單元，與主計算機之間以串行通信方式實現信息交互。

(3)操作面板 由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構成，只完成基本功能操作。

(4)硬盤和軟盤存儲存 儲機器人工作程序的外圍存儲器。

(5)數字和模擬量輸入輸出 各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出。

(6)打印機接口 記錄需要輸出的各種信息。

(7)傳感器接口 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。

(8)軸控制器 完成機器人各關節(jié)位置、速度和加速度控制。

(9)輔助設備控制 用于和機器人配合的輔助設備控制，如手爪變位器等。

(10)通信接口 實現機器人和其他設備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等。

(11)網絡接口

1)Ethernet接口：可通過以太網實現數臺或單臺機器人的直接PC通信，數據傳輸速率高達10Mbit/s，可直接在PC上用windows庫函數進行應用程序編程之后，支持TCP/IP通信協議，通過Ethernet接口將數據及程序裝入各個機器人控制器中。

2)Fieldbus接口：支持多種流行的現場總線規(guī)格，如Device net、AB Remote I/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。

3.機器人控制系統分類

·程序控制系統：給每一個自由度施加一定規(guī)律的控制作用，機器人就可實現要求的空間軌跡。

·自適應控制系統：當外界條件變化時，為保證所要求的品質或為了隨著經驗的積累而自行改善控制品質，其過程是基于操作機的狀態(tài)和伺服誤差的觀察，再調整非線性模型的參數，一直到誤差消失為止。這種系統的結構和參數能隨時間和條件自動改變。

人工智能系統：事先無法編制運動程序，而是要求在運動過程中根據所獲得的周圍狀態(tài)信息，實時確定控制作用。

驅動方式：參見工業(yè)機器人驅動系統。

運動方式：

·點位式。要求機器人準確控制末端執(zhí)行器的位姿，而與路徑無關;

·軌跡式。要求機器人按示教的軌跡和速度運動。

控制總線：

·國際標準總線控制系統。采用國際標準總線作為控制系統的控制總線，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。

·自定義總線控制系統。由生產廠家自行定義使用的總線作為控制系統總線。

編程方式：

·物理設置編程系統。由操作者設置固定的限位開關，實現起動，停車的程序操作，只能用于簡單的拾起和放置作業(yè)。

·在線編程。通過人的示教來完成操作信息的記憶過程編程方式，包括直接示教(即手把手示教)模擬示教和示教盒示教。

·離線編程。不對實際作業(yè)的機器人直接示教，而是脫離實際作業(yè)環(huán)境，生成示教程序，通過使用高級機器人，編程語言，遠程式離線生成機器人作業(yè)軌跡。

4.機器人控制系統結構

機器人控制系統按其控制方式可分為三類。

·集中控制方式：用一臺計算機實現全部控制功能，結構簡單，成本低，但實時性差，難以擴展，其構成框圖如圖2所示。

·主從控制方式：采用主、從兩級處理器實現系統的全部控制功能。主CPU實現管理、坐標變換、軌跡生成和系統自診斷等;從CPU實現所有關節(jié)的動作控制。其構成框圖如圖3所示。主從控制方式系統實時性較好，適于高精度、高速度控制，但其系統擴展性較差，維修困難。

分散控制方式：按系統的性質和方式將系統控制分成幾個模塊，每一個模塊各有不同的控制任務和控制策略，各模式之間可以是主從關系，也可以是平等關系。這種方式實時性好，易于實現高速、高精度控制，易于擴展，可實現智能控制，是目前流行的方式，其控制框圖如圖4所示。