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机器人不仅需要传感器和驱动器，还需要一个控制系统，这个系统由硬件和软件组成，用于处理来自传感器的数据并发送信号给驱动器，使机械臂能够正常运作。人类的行动依赖感官和神经系统，机器人则依赖传感器和控制系统。

机器人控制系统负责接收传感器的信号，根据操作任务的需求，驱动机械臂中的各个电机。机器人的内部传感器用于监测机械臂的实际运动状态，而外部传感器则用于检测环境变化。因此，机器人的神经与大脑结合在一起，构成了一个完整的控制系统。

机器人控制系统概念

机器人控制系统是一个由控制主体、控制客体和控制媒体组成的系统，旨在实现特定的目标和功能。控制系统能够根据需求维持或改变机器、机构或其他设备中的变量。控制系统的目标是确保被控对象达到预期的理想状态，从而使系统趋于稳定的运行状态。

机器人控制系统特点

机器人的控制技术在传统机械系统的基础上发展而来，但也有一些独特之处：

1. 非线性特性：机器人的非线性因素众多，包括结构、传动件和驱动元件。
2. 多变量控制：机器人是一个多关节的多变量控制系统，各关节间存在耦合现象，影响运动稳定性。
3. 时变系统：机器人的动力学参数随关节运动位置的变化而变化。
4. 高级功能：高级机器人需要对环境和指令进行测定和分析，采用计算机和人工智能技术进行复杂的控制和操作。

机器人控制系统的基本要求

从应用角度来看，机器人控制系统有以下要求：

1. 多轴运动协调：确保手部按照规定轨迹运动，需要协调各关节的动作。
2. 高精度和宽调速范围：位置精度较高，调速范围广，以适应不同的工作速度。
3. 低静差率和高刚性：确保运动平稳，减少位置误差。
4. 快速响应和动态补偿：避免碰撞，提高响应速度和系统阻尼。
5. 加减速控制：确保运动平稳，使用匀加减速指令。
6. 速度误差一致性：确保各关节伺服系统的速度放大系数一致。
7. 人机界面友好：降低操作难度，简化任务描述。
8. 成本控制：降低成本，更多采用软件伺服。

机器人控制系统的功能要求

机器人控制系统需要具备以下功能：

1. 记忆功能：存储作业顺序、路径、速度等信息。
2. 示教功能：包括离线编程、在线示教和间接示教。
3. 外部设备连接功能：支持输入输出接口、通信接口、网络接口等。
4. 坐标设置功能：支持关节、绝对、工具和用户自定义坐标系。
5. 人机接口：包括示教盒、操作面板和显示屏。
6. 传感器接口：支持位置检测、视觉、触觉和力觉传感器。
7. 位置伺服功能：包括多轴联动、运动控制和动态补偿。
8. 故障诊断和安全保护：包括系统状态监控、安全保护和故障诊断。

机器人控制系统的主要种类

根据控制原理，控制系统可以分为程序控制系统、适应性控制系统和人工智能控制系统。根据控制运动形式，可以分为点位控制和轨迹控制。

工业机器人控制系统组成

1. 控制计算机：系统的核心。
2. 示教盒：用于示教和参数设定。
3. 操作面板：完成基本功能操作。
4. 存储设备：存储工作程序。
5. 数字和模拟量输入输出：用于状态和命令的输入输出。
6. 传感器接口：用于信息检测和柔顺控制。
7. 轴控制器：控制各关节的位置、速度和加速度。
8. 辅助设备控制：控制辅助设备。
9. 通信接口：实现与其他设备的信息交换。
10. 网络接口：包括Ethernet和Fieldbus接口。

机器人控制系统结构方式

集中控制系统

用一台计算机实现所有控制功能，成本低但实时性差，难以扩展。

主从控制方式

采用主从两级处理器，实时性好但扩展性差。

分散控制方式

将系统分成多个模块，每个模块有独立的控制任务和策略，易于扩展和实现智能控制。

两级分布式控制系统

由上位机和下位机通过网络协调工作，采用以太网和现场总线技术。

机器人控制系统分类

1. 程序控制系统：按预定轨迹控制。
2. 自适应控制系统：根据状态和误差调整参数。
3. 人工智能系统：实时获取信息并确定控制作用。
4. 点位控制系统：精确控制末端执行器位置。
5. 连续轨迹控制系统：按示教轨迹和速度运动。
6. 控制总线：采用国际标准或自定义总线。
7. 编程方式：包括物理设置编程、在线编程和离线编程。