工业机器人控制问题---来自睿慕课

工业机器人特别是垂直多关节机器人（俗称关节机器人或者六关节机器人）的控制问题，不能简单的等同于一般的运动控制（指传统的通过位置控制、速度控制或者转矩控制的简单的运动控制系统）问题。

为什么垂直多关节机器人的控制问题和传统的、简单的运动控制系统不同呢？问题的关键在于两点：

其一：因为垂直多关节机器人本体属于串联连杆机构；

其二：因为垂直多关节机器人在运动过程中，从驱动电机的角度看，属于负载惯量时变的复杂控制系统。

其实上述两点是互相关联的，只是从观察的角度上有所不同罢了。

串联连杆机构的特点是稳定性差、系统刚性不足、负载能力差等，这是在机器人控制过程中需要重点解决的问题。

对于惯量时变系统的控制问题相对复杂。伺服驱动器在对电机进行控制的过程中，为了实现稳定的控制，必须知道电机和负载的惯量比——也就是必须知道电机的负载有多大，只有知道了这个信息，才知道要想按照控制预期，在多长的时间将负载加速到某一目标速度，伺服驱动器需要给电机施加多大的电流。否则，就会造成较大的系统跟随误差。当然，由于反馈控制环节的存在，当目标速度和实际速度出现偏差时，驱动器控制环节会对误差进行放大，并试图减小跟随误差，但是，这已经是亡羊补牢了，误差已经产生，机器人已经表现为较差的控制精度。

那么，如何让控制系统和驱动系统实时了解各个关节的负载惯量情况，以及在运动过程中，对于每一个关节电机而言的负载能量特征呢？这就需要对机器人本体和负载进行精确的动力学建模。针对每个关节电机，分析其负载连杆系的动力学特征和能量特征以及摩擦学特性，通过动力学建模，直接计算出关节电机在此时此刻所需的驱动力，控制器直接发指令给驱动器，由驱动器输出相应大小的电流对电机进行控制。在此前提下，再辅以传统的伺服驱动器反馈控制原理，对出现的控制误差进行适度的调整，其结果将大大提高机器人TCP（工具中心点）的控制精度以及机器人的响应速度。

从以上的分析可以看出，垂直多关节机器人的控制系统从算法、软件、控制、驱动、总线以及硬件构成等方面都有别于传统的运动控制系统。这也是国产工业机器人相比于国外机器人产品最大之差距所在。

工业机器人控制系统是从理论和工程实践的角度要求最高的运动控制系统。对工业机器人的研究，具有普遍意义，它将推动运动控制技术的升级和发展。

在工业领域以及工业机器人技术范化应用的各个领域，一个能够研发工业机器人控制系统的公司，都将获得巨大的发展空间和市场机会。

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