機器人的控制問(wèn)題是與其運動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題密切相關(guān)的。從控制觀(guān)點(diǎn)看，機器 人系統代表冗余的、多變量和本質(zhì)上非線(xiàn)性的控制系統，同時(shí)又是復雜的耦合動(dòng)態(tài)系統。 每個(gè)控制任務(wù)本身就是一個(gè)動(dòng)力學(xué)任務(wù)。在實(shí)際研究中，往往把機器人控制系統簡(jiǎn)化為若干個(gè)低階子系統來(lái)描述。

機器人控制器具有多種結構形式，包括非伺服控制、伺服控制、位置和速度反饋控制、力(力矩)控制、基于傳感器的控制、非線(xiàn)性控制、分解加速度控制、滑�？刂�、Z優(yōu) 控制、自適應控制、遞階控制以及各種智能控制等。

本節將討論工業(yè)機器人常用控制器的基本控制原則及控制器的設計問(wèn)題。從關(guān)節(或 連桿)角度看，可把工業(yè)機器人的控制器分為單關(guān)節(連桿)控制器和多關(guān)節(連桿)控制器 兩種。對于前者，設計時(shí)應考慮穩態(tài)誤差的補償問(wèn)題；對于后者，則應先考慮耦合慣量 的補償問(wèn)題。

機器人的控制取決于其“腦子”,即處理器的研制。隨著(zhù)實(shí)際工作情況的不同，可以 采用各種不同的控制方式，從簡(jiǎn)單的編程自動(dòng)化、小型計算機控制到微處理機控制等。機 器人控制系統的結構也可以大為不同，從單處理機控制到多處理機分J分布式控制。對于 后者，每臺處理機執行一個(gè)指定的任務(wù)，或者與機器人某個(gè)部分(如某個(gè)自由度或軸)直接 聯(lián)系。表5-1表示機器人控制系統分類(lèi)和分析的主要方法。

表5-1機器人控制的分類(lèi)及其分析方法

任務(wù)分類(lèi) ：把控制分為許多J一→每J包括許多任務(wù)→把每個(gè)任務(wù)分成許多子任務(wù)

結構分類(lèi)： 把所有能施于同一結構部件的任務(wù)都由同一處理機來(lái)處理，并與其他各處理機協(xié)調工作

混合分類(lèi)： 實(shí)際上并非把所有任務(wù)都施于所有的部件。在上述兩種分類(lèi)之間，往往有交迭

如果要教機器人去抓起工件 A, 那么就必 須知道末端執行裝置(如夾手)在任何時(shí)刻相對于 A 的狀態(tài)，包括位置、姿態(tài)和開(kāi)閉狀態(tài) 等。工件 A 的位置是由它所在工作臺的一組坐標軸給出的。這組坐標軸叫做任務(wù)軸(R。)。 末端執行裝置的狀態(tài)是由這組坐標軸的許多數值或參數表示的，而這些參數是矢量X 的分 量。我們的任務(wù)就是要控制矢量X 隨時(shí)間變化的情況，即 X(t), 它表示末端執行裝置在 空間的實(shí)時(shí)位置。只有當關(guān)節θ₁至θ6 移動(dòng)時(shí)，X 才變化。我們用矢量θ(t)來(lái)表示關(guān)節變 量 θ₁至 θ₆。

各關(guān)節在力矩C₁ 至C₆ 作用下而運動(dòng)，這些力矩構成矢量C(t) 。 矢量C(t) 由各傳動(dòng)電 動(dòng)機的力矩矢量 T(t) 經(jīng)過(guò)變速機送到各個(gè)關(guān)節。這些電動(dòng)機在電流或電壓矢量V(t) 所提 供的動(dòng)力作用下，在一臺或多臺微處理機的控制下，產(chǎn)生力矩 T(t)。

對一臺機器人的控制，本質(zhì)上就是對下列雙向方程式的控制：

V(t)⇔T(t)⇔C(t)→ ◎(t)→X(t) (5.1)

圖5-2表示機器人的主要控制層次。由圖可見(jiàn)，它主要分為三個(gè)控制J，即人工智能 J、控制模式J和伺服系統J�，F對它們進(jìn)一步討論如下。

(1)D一J：人工智能J

如果命令一臺機器人去“把工件A 取過(guò)來(lái)!”那么如何執行這個(gè)任務(wù)呢?先需要確 定，該命令的成功執行至少是由于機器人能為該指令產(chǎn)生矢量X(t) 。X(t) 表示末端執行裝 置相對工件 A 的運動(dòng)。

表示機器人所具有的指令和產(chǎn)生矢量X(t) 以及這兩者間的關(guān)系，是建立D一J(Z 高J)控制的工作。它包括與人工智能有關(guān)的所有可能問(wèn)題：如詞匯和自然語(yǔ)言理解、 規劃的產(chǎn)生以及任務(wù)描述等。

這一J主要仍處于研究階段。我們將在后面進(jìn)一步研究與智能控制J有關(guān)的問(wèn)題。

人工智能J在工業(yè)機器人上目前應用仍不夠多，還有許多實(shí)際問(wèn)題有待解決。

(2)第二J：控制模式J

能夠建立起這一J的X(t) 和 T(t) 之間的雙向關(guān)系。需要注意到，有多種可供采用的 控制模式。這是因為下列關(guān)系

X(t)→ ◎(t)→C(t)→T(t) (5.2)

實(shí)際上提出各種不同的問(wèn)題。因此，要得到 一 個(gè)滿(mǎn)意的方法，所提出的假設可能是極不相 同的。這些假設取決于操作人員所具有的有關(guān)課題的知識深度以及機器人的應用場(chǎng)合。