第5章机器人控制剖析.ppt

5.2 运动控制中的基本概念 精度、分辨率与位置重复精度 位置与轨迹 点位(PTP)与连续(CP)控制 多轴协调控制 T／P方式工业机器人的基本控制思想 精度、分辨率与位置重复精度 精度常常容易和分辨率、位置重复精度相混淆。 实际是三个不同的概念。 分辨率 机器人的分辨率是由系统设计参数所决定，并受到位置反馈检测单元性能的影响。 分辨率又分为编程分辨率与控制分辨率。 当编程分辨率与控制分辨率相等时，系统性能达到最高。上述两个分辨率统称系统分辨率。 编程分辨率 编程分辨率是指程序中可以设定的最小距离单位，又称基准分辨率。 例如：当电机旋转0.1度，机器人腕点(手臂尖端点)移动的直线距离为0.01mm时，其基准分辨率为0．01mm。 控制分辨率 控制分辨率是位置反馈回路能够检测到的最小位移量 例如：若每周(转)1000个脉冲的增量方式的光码盘与电机同轴安装的话，则电机每旋转0.36度(360度／1000rpm)，光码盘就发出一个脉冲，因此，0.36度以下的角度变化无法检测，该系统的控制分辨率为0.36度。 精 度 机器人的最终精度主要依存于机械误差、控制算法与系统分辨率。 精度—机械误差 机械误差主要产生于传动误差、关节间隙与联杆机构的挠性。 传动误差是由轮齿误差、螺距误差等; 关节间隙是关节处轴承间隙、谐波齿隙等; 连杆的挠性，随机器人的位形、负载的变化而变化。 精度—控制算法误差 控制算法误差，主要指能否得到直接解的算法和算法在计算机内的运算字长所造成的“bit”(比特)误差。 因为16位以上CPU可达到82位以上浮点运算，所以“bit”误差与机构误差相比，基本可以忽略不计。 精度—系统分辨率 分辨率的系统误差可取1/2基准分辨率。 理由是基准分辨率以下的变位我们既无法编程又无法检测，故误差的平均值可取1/2基准分辨率。 机器人的精度＝1/2基准分辨率十机构误差。 如果做到使机构的综合误差达到1/2基准分辨率，则精度＝分辨率。 位置重复精度 位置重复精度是关于精度的统计数据。 位置重复精度不受负载变化的影响； 通常用位置重复精度这一指标作为示教／再现方式工业机器人水平的重要精度指标。 位置重复精度 精度与位置重复精度的关系 机型与精度等的关系 直角坐标形机器人 圆柱坐标形机器人 设回转轴分辨率为α时，则腕点分辨率为αr 例如：回转轴的位置检测单元采用6000P／周的增量方式光码盘与电机同轴联接，水平腕最长为1m的话，则腕点位置分辨率是最坏的情况， 极坐标机器人 例如：3个1000P／周增量式光码盘，一个装在与螺距为10mm的滚珠丝杠同轴驱动伸缩臂的电机轴上，2个安装在通过1：22速比的减速器驱动2个旋转轴的电机上，腕的臂长为500mm。此时，3个轴的分辨率分别为： 多关节机器人 机器人的精度将由各个回转关节的误差之和来决定 关节形机器人精度最差。 由于它占地面积最小，而动作范围最大，空间速度快，灵活，通用性好等优点，而成为机器人发展的主流。 位置与轨迹 1个脉冲正好对应各个动作轴的位置分辨率，因此，1个脉冲与对应动作轴的最小位移量是等价的。 例如：当某个回转轴的分辨率为0.05度时，3.05度则可用3.05/0.05＝61个脉冲来表示。如果是8bit CPU，则计算机内部的表现为：00llll0l。 如果是16bit CPU的计算机控制系统，则可以表示216＝65536个位置 例如：在分辨率为0．1mm时，这个值最大表示6553．6mm或土3276．8mm的位移量，这就是位置(或称位移)脉冲与分辨率的关系。 位置与轨迹 分辨率越高，曲线精度越好。 分辨率越高，对计算机的要求也就越高。 例如：如果分辨率为0.1mm，对6自由度机器人来讲，要完成1000mm弧长的空间曲线，则至少需要以下内存容量： 6自由度×2B(字节)×10000点＝120kB 曲线再稍微复杂一点，计算机容量就不够了。因此，有必要在计算机控制系统的体系结构与控制算法上想办法解决。 点位(PTP)与连续(CP)控制 点位(PTP)与连续(CP)控制 过去是数控机床中的技术用语，而现在用其表达机器人的控制功能，含意是不大相同的，主要区别在于： 1) 机器人中的“PTP”可以是1-5各种动作,而数控机床是指图3—10中的⑤那样的动作，即直线插补运动(也是两点之间的最短距离的控制运动)。 2) 数控机床中的CP控制，一般是“全路径指定”的控制方式，而机器人中的CP控制通常是“多点指定” 控制方式。 点位(PTP)与连续(CP)控制 分时控制 同时控制 多轴协调控制 5.5 工业机器人的运动控制技术 非伺服型控制系统 机器人控制系统的分类 伺服型控制系统 控制系统的组成 控制系统的组成