工业机器人的控制技术

控制系统是机器人的重要组成部分，使机器人按照指令要求去完成所希望的作业任务。机器人控制系统通常包括控制计算机、示教盒、操作面板、存储器、检测传感器、输入输出接口、通信接口等部分组成。
1.对机器人控制系统的分类
(1)按照控制回路分类 工业机器人控制系统分为开环系统和闭环系统。闭环系统由系统发出一个位置控制指令，与来自位置传感器的反馈信号进行比较，得到一个位置差值，将其差值加以放大驱动伺服电动机，控制机器人完成相应的运动和动作。而开环系统没有检测反馈装置。
(2)按照控制系统的硬件分类 有机械控制、液压控制、射流控制、顺序控制和计算机控制等。机器人的控制一般采用计算机控制形式。
(3)按自动化控制程度分类 工业机器人控制系统又分为顺序控制系统、程序控制系统、自适应控制系统、人工智能系统。
(4)若按编程方式分类 有物理设置编程控制系统、示教编程控制系统、离线编程控制系统。物理设置编程控制是由操作者设置固定的限位开关，实现启动、停车的程序操作，用于简单的抓取和放置作业；示教编程控制是通过人的示教来完成操作信息的记忆，然后再现示教阶段的动作过程；离线编程控制是通过机器人语言进行编程控制。
(5)按机器人末端运动控制轨迹分类 有点位控制和连续轮廓控制。在点位控制中，机器人每个运动轴单独驱动，不对机器人末端操作的速度和运动轨迹作出要求，仅要求实现各个坐标的精确控制。机器人的轮廓控制是指在机器人控制系统中设有插补器，在示教编程时将机器人轮廓轨迹运动中的各个离散坐标点以及运动速度同时存储于控制系统存储器，再现时按照存储的坐标点和速度控制机器人完成规定的动作。
2.工业机器人的位置伺服控制
对于工业机器人的运动，手臂末端的运动最为关键，而末端运动往往又是以各关节的合成来实现的，因而必须关注手臂末端的位置和姿态与各关节位移的关系。
(1)关节伺服控制 关节伺服控制是以大多数非直角坐标机器人为控制对象。
(2)坐标伺服控制 在三维空间对手臂进行控制时，很多场合都要求直接给定手臂末端运动的位置和姿态，关节伺服控制系统中的各个关节是独立进行控制的，难以预测由各关节实际控制结果所得到的末端位置状态的响应，且难以调节各关节伺服系统的增益。因而，将末端位置矢量rd作为指令目标值所构成的伺服控制系统，称之为作业坐标伺服系统。这种伺服控制系统是将机器人手臂末端位置姿态矢量rd固定于空间内某一个作业坐标系来描述的。
3.工业机器人的自适应控制
(1)模型参考自适应控制 这种方法控制器的作用是使得系统的输出响应趋近于某指定的参考模型，因而必须设计相应的参数调节机构。Dubowsky等在这个参考系统中采用二维弱衰减模型，然后采用最陡下降法调整局部比例和微分伺服可变增益，使实际系统的输出和参考模型的输出之差为最小。然而，该方法从本质上忽略了实际机器人系统的非线性项和耦合项，是对单自由度的单输入单输出系统进行设计的。此外，该方法也不能保证用于实际系统时调整律的稳定性。
(2)自校正适应控制 在自适应控制方法中，除模型参考自适应之外，还有自校正方法。这种方法由表现机器人动力学离散时间模型各参数的估计机构与用其结果来决定控制器增益或控制输入的部分组成，采用输入输出数与机器人自由度相同的模型，把自校正适应控制法用于机器人。