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工业机器人系统和机械手控制系统按运动方式分类

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作者:JZ Editor来源:JZ Robot网址://xhrxyx.com/h-nd-166.html

  在机器人系统中,根据给定的目的实现对运动的控制不需要事先给定运动轨迹(程序)。而是按外界环境瞬时状态实现控制。外界环境的瞬时状态是用相应的感受装置确定的。图1示出了控制有知觉的机器人的方块图。图中的敏感装置即是感受装置。F——外部作用向量,它仅代表外界环境的变化。在这种情况下,是按输出量X的差异函数进行控制。差异就是高效率机械手与目标(存在于外界环境中,并由向量G给定)的坐标之间的差值。这一类控制系统通常是闭环的,也就是有外部反馈的系统,如图1所示。


控制系统方块图


控制系统方块图


  具有这种控制系统的机器人称为有知觉的机器人。这种机器人的控制比程序控制复杂得多。这是因为,不可能预先编制运动程序,而且要求在运动过程中,根据所获得周围状态的信息,实时确定控制作用。此外,当编制运动程序所需要的先验信息不够用时,或者这些信息在运动过程中不断变化时,上述控制方法将是**可行的方法。


  自行引导机械手的手爪移到物体所在之处,抓取任意放置的物体,机械手沿轮廓线运动(例如沿焊缝运动),绕过不是预先给定的或变动的障碍物等等,这些都是只有这种知觉的机器人才能够完成的工作的最简单的例子。


  与程序控制机器人一样有知觉的机器人控制作用的算法有两种:求**运动规律和在给定的范围内求允许的运动规律。


  在复合控制系统中采用了上述两种基本控制方法,即程序控制和根据外界环境状态进行控制。具有复合控制系统的机器人自然是由知觉的机器人。复合控制系统能保证**的控制品质。原因是;**,它像程序控制系统一样,**可能地使用了已有的、与当时工作有关的先验信息,第二,系统在执行程序的过程中,根据实际工作条件的变化不断修正程序。因此,复合控制方法是控制有知觉机器人的最基本的和最普通的方法。


  按对外界环境和其它工作条件变化的适应程度,有知觉的机器人控制系统可分为:

  (1)对外界环境状态无适应的控制系统;

  (2)适应控制系统;

  (3)人工智能控制系统。


  **种系统的控制算法(包括调整控制装置的参数值)在系统自动工作的整个过程中是不变的。在适应控制系统中,当外界工作条件变化时,为了保证所要求的品质,或者是为了能随着经验的积累而自行改善控制品质,控制装置的结构和参数应能随时间自动改变。


  人工智能系统是最完善、***的适应控制系统。这种控制系统,在外界环境变化极端不定的条件下,能保证机器人由自主功能。这种系统应能重新处理由感受装置获得的有关外界环境的信息,并且建立动态可变的外界模型。在此基础上制定出,在积累经验的过程中进行自我完善的行动计划。换而言之,人工智能系统在某种程度上可以模拟人的智力活动,而且随着自我完善程度的提高可以越来越接近人的智力水平。


控制系统方块图


控制系统方块图


  图2所示为最简单的机器人适应控制系统的方块图。图中的基本控制装置总受控对象的基本的非适应的控制装置。适应控制装置用来调整基本控制装置,即根据外界工作条件及机器人机械手本身特性的变化,用作用Y改变基本控制装置的算子,也就是改变装置的结构,调整参数的大小以及变更程序(在基本控制装置中采用复合控制的情况下)。为了调整适应控制装置显示出外作用F、G和控制装置的状态X。然后估计控制品质(快速性、精度、经济性等)的某种预选指标(即判据)。进而用重新调整基本控制装置的方法来校正控制品质的预选指标。


  这样,适应控制系统包括二个控制级。基本系统构成**级,适应回路构成第二级。


  还可能有一级适应控制。当前一级适应控制装置的工作条件变化时,这级控制装置改变适应控制装置的适应算法,从而调整适应控制装置。此外,还可能有多级适应控制系统。在这种系统中,下一个适应控制级控制前一个适应控制级。这就扩大了控制系统正确完成自己任务的外界工作条件范围,或者提高了系统完成任务的质量。


  和所有控制系统一样,由适应控制装置实现的自适应控制,可以按控制系品质**,或者按给定的稳定性指标,构成开环系统或闭环系统。分级控制的各级控制装置(在图2中就是基本控制装置和适应控制装置)可以由结构上各自独立的部件来实现,也可以由一台电子计算机利用算法来实现。若将程序控制,按外界环境而作用的非适应控制、适应控制和人工智能控制、根据控制品质依赖于工作条件的程度加以比较,则可做如下描述。


  程序控制系统要求机器人所有工作条件完全不变。非适应控制系统和复合系统在机器人机械手感觉装置监控的参数范围内。可用改变相应的控制作用的方法(参看图1)来反应外界环境的变化。适应系统还可以用改变控制算法(包括调整)来适应工作条件的变化。这样可以改善控制品质,可以扩大保证系统正常工作条件的变化范围以及可以在自我改善控制算法时改进工作质量。适应控制系统的这些性质随着适应控制级数的增加而增大。引入操作人员的智能,这是适应控制系统进一步发展的方向,从而使机器人由自动控制过渡到自动化控制。


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