《智能机器人技术》研究生课程教学课件（讲稿）第六章 机器人控制技术

第六章机器人控制技术m6.1机器人控制系统概述m6.2机器人单关节位置控制（机电部分）m6.2.1知识回顾：二阶线性系统稳定性m6.2.2机器人单关节的建模与PD控制m6.3机器人单关节分解控制器设计（机械部分）m6.4机器人非线性前馈控制（机械部分）m6.5机器人自适应控制（机械部分）m6.6机器人力控制2国

1 第六章 机器人控制技术  6.1 机器人控制系统概述  6.2 机器人单关节位置控制（机电部分）  6.2.1 知识回顾：二阶线性系统稳定性  6.2.2 机器人单关节的建模与PD控制  6.3 机器人单关节分解控制器设计（机械部分）  6.4 机器人非线性前馈控制（机械部分）  6.5 机器人自适应控制（机械部分）  6.6 机器人力控制

6.1机器人控制系统概述小臂（上臂）腕部手部控制柜示教盒大臂（下臂）腰部基座E0Kuka六自由度工业机器人结构图国O

6.1 机器人控制系统概述 2 Kuka六自由度工业机器人结构图

6.1机器人控制系统概述C4mIDJtriscectonisFars≤1226ai mot电机aisbatneWrist housiasDedaeRV减速机机器人本体部视图2国0OL

3 6.1 机器人控制系统概述 机器人本体剖视图 电机 RV减速机

6.1机器人控制系统概述机器人控制系统硬件架构介绍伺服驱动器安全模块1O模块传统架构控制器继电器电源模块机器人控制柜高集成架构2国OOL

4 6.1 机器人控制系统概述

6.1机器人控制系统概述操作机器人本体的结构形式机器人本体感知系统控制系统执行机构驱动装置传动装置手部（操作器）关节何服控制器气压坚动装置液压聚动装置（周定或移动）电驱动装置基外部传感器内部传感器腕部臀部腰部处理器座12国OK

5 6.1 机器人控制系统概述

6.1机器人控制系统概述确定机器人需完成任务外界环境信息机器人末端路径/轨迹规划作业组织层期望的末端位置和姿态机器人逆运动学期望的关节角度协调运动层运动控制（机械部分）需要的力矩/电流伺服驱动控制（电气部分）伺服执行层执行任务机器人控制过程示意图2国OOL

6 机器人控制过程示意图 6.1 机器人控制系统概述 确定机器人需完成任务 机器人末端路径/轨迹规划 机器人逆运动学 期望的末端位置和姿态 期望的关节角度 运动控制（机械部分） 需要的力矩/电流 伺服驱动控制（电气部分） 执行任务 外界环境信息 作业组织层 协调运动层 伺服执行层

6.1机器人控制系统概述机器人控制系统的特点：（1）机器人控制系统是一个多变量耦合控制系统。（2）运动描述复杂，机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。（3）需要较高的重复定位精度，0.1mm，半闭环控制（位置检测单元）。（4）信息运算量大。（5）需对加（减）速阶段进行控制，保证平稳性和快速性。（6）有示教再现控制方式。2国

（1）机器人控制系统是一个多变量耦合控制系统。 （2）运动描述复杂，机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关。 （3）需要较高的重复定位精度，0.1mm，半闭环控制（位置检测单元）。 （4）信息运算量大。 （5）需对加（减）速阶段进行控制，保证平稳性和快速性。 （6）有示教再现控制方式。 7 机器人控制系统的特点： 6.1 机器人控制系统概述

6.1机器人控制系统概述机器人的运动控制方式分类：只控制工业机器人未端执行器在作业空间中某些规定的离散点上的位置和姿态。点位控制方式主要技术指标：定位精度和完成运动所需要的时间连续地控制工业机器人未端执行器在作业空间中的位置和姿态连续轨迹控制方式使其严格按照预先设定的轨迹和速度在一定的精度要求内运动。主要技术指标：机器人末端执行器的轨迹跟踪精度及平稳性对于机器人的行程要求遵循一定的速度变化曲线，实现加、减速，以满足运动速度控制平稳、定位精确的要求力控制使用特定的力或力矩传感器对未端热行器施加在对象上的力进行控制2国

8 机器人的运动控制方式分类： 6.1 机器人控制系统概述

第六章机器人控制技术m6.1机器人控制系统概述m6.2机器人单关节位置控制（机电部分）m6.2.1知识回顾：二阶线性系统稳定性m6.2.2机器人单关节的建模与PD控制m6.3机器人单关节分解控制器设计（机械部分）m6.4机器人非线性前馈控制（机械部分）m6.5机器人自适应控制（机械部分）m6.6机器人力控制2国

9 第六章 机器人控制技术  6.1 机器人控制系统概述  6.2 机器人单关节位置控制（机电部分）  6.2.1 知识回顾：二阶线性系统稳定性  6.2.2 机器人单关节的建模与PD控制  6.3 机器人单关节分解控制器设计（机械部分）  6.4 机器人非线性前馈控制（机械部分）  6.5 机器人自适应控制（机械部分）  6.6 机器人力控制

6.2机器人单关节位置控制4mandaieeEiuEet<1226 ait mo(136aWirist honsA(D2ad单关节位置控制特点：把操作臂的每个关节当做简单的伺服系统来处理，不考虑关节之间的相互影响，忽略各关节直接惯性力、科氏力的耦合以及重力负载影响。10?

10 ⚫ 单关节位置控制特点：把操作臂的每个关节当做简单的伺服系统来处理，不考虑关节之间 的相互影响，忽略各关节直接惯性力、科氏力的耦合以及重力负载影响。 6.2 机器人单关节位置控制