第5章機(jī)器人控制技術(shù)課件

第5章機(jī)器人控制技術(shù)機(jī)器人的控制方式主要有以下兩種分類：

1、按機(jī)器人手部在空間的運(yùn)動方式分：

（1）點位元控制方式——PTP

點位控制又稱為PTP控制，其特點是只控制機(jī)器人手部在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點上的位姿。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度和運(yùn)動所需的時間。常常被應(yīng)用在上下料、搬運(yùn)、點焊和在電路板上插接元器件等定位精度要求不高且只要求機(jī)器人在目標(biāo)點處保持手部具有準(zhǔn)確位姿的作業(yè)中。5.1引言5.1.2

機(jī)器人控制方式第5章機(jī)器人控制技術(shù)

1、按機(jī)器人手部在空間的運(yùn)動方式分：

（2）連續(xù)軌跡控制方式——CP

連續(xù)軌跡控制又稱為CP控制，其特點是連續(xù)的控制機(jī)器人手部在作業(yè)空間中的位姿，要求其嚴(yán)格的按照預(yù)定的路徑和速度在一定的精度範(fàn)圍內(nèi)運(yùn)動。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)機(jī)器人手部位姿的軌跡跟蹤精度及平穩(wěn)性。通常弧焊、噴漆、去毛邊和檢測作業(yè)的機(jī)器人都採用這種控制方式。有的機(jī)器人在設(shè)計控制系統(tǒng)時，上述兩種控制方式都具有，如對進(jìn)行裝配作業(yè)的機(jī)器人的控制等。5.1引言5.1.2

機(jī)器人控制方式第5章機(jī)器人控制技術(shù)2、按機(jī)器人控制是否帶回饋分：

（1）非伺服型控制方式非伺服型控制方式是指未採用回饋環(huán)節(jié)的開環(huán)控制方式。在這種控制方式下，機(jī)器人作業(yè)時嚴(yán)格按照在進(jìn)行作業(yè)之前預(yù)先編制的控制程式來控制機(jī)器人的動作順序，在控制過程中沒有回饋信號，不能對機(jī)器人的作業(yè)進(jìn)展及作業(yè)的品質(zhì)好壞進(jìn)行監(jiān)測，因此，這種控制方式只適用於作業(yè)相對固定、作業(yè)程式簡單、運(yùn)動精度要求不高的場合，它具有費用省，操作、安裝、維護(hù)簡單的優(yōu)點。5.1引言5.1.2

機(jī)器人控制方式第5章機(jī)器人控制技術(shù)2、按機(jī)器人控制是否帶回饋分：

（2）伺服型控制方式伺服型控制方式是指採用了回饋環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制方式。這種控制方式的特點是在控制過程中採用內(nèi)部感測器連續(xù)測量機(jī)器人的關(guān)節(jié)位移、速度、加速度等運(yùn)動參數(shù)，並回饋到驅(qū)動單元構(gòu)成閉環(huán)伺服控制。如果是適應(yīng)型或智慧型機(jī)器人的伺服控制，則增加了機(jī)器人用外部感測器對外界環(huán)境的檢測，使機(jī)器人對外界環(huán)境的變化具有適應(yīng)能力，從而構(gòu)成總體閉環(huán)回饋的伺服控制方式。5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.2

機(jī)器人控制方式1、示教再現(xiàn)功能示教再現(xiàn)功能是指示教人員預(yù)先將機(jī)器人作業(yè)的各項運(yùn)動參數(shù)預(yù)先教給機(jī)器人，在示教的過程中，機(jī)器人控制系統(tǒng)的記憶裝置就將所教的操作過程自動地記錄在記憶體中。當(dāng)需要機(jī)器人工作時，機(jī)器人的控制系統(tǒng)就調(diào)用記憶體中存儲的各項資料，使機(jī)器人再現(xiàn)示教過的操作過程，由此機(jī)器人即可完成要求的作業(yè)任務(wù)。機(jī)器人的示教再現(xiàn)功能易於實現(xiàn)，程式設(shè)計方便，在機(jī)器人的初期得到了較多的應(yīng)用。

5.1引言5.1.3

機(jī)器人控制功能第5章機(jī)器人控制技術(shù)2、運(yùn)動控制功能運(yùn)動控制功能是指通過對機(jī)器人手部在空間的位元姿、速度、加速度等項的控制，使機(jī)器人的手部按照作業(yè)的要求進(jìn)行動作，最終完成給定的作業(yè)任務(wù)。它與示教再現(xiàn)功能的區(qū)別：在示教再現(xiàn)控制中，機(jī)器人手部的各項運(yùn)動參數(shù)是由示教人員教給它的，其精度取決於示教人員的熟練程度。而在運(yùn)動控制中，機(jī)器人手部的各項運(yùn)動參數(shù)是由機(jī)器人的控制系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)算得來的，且在工作人員不能示教的情況下，通過程式設(shè)計指令仍然可以控制機(jī)器人完成給定的作業(yè)任務(wù)。5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.3

機(jī)器人控制功能由於機(jī)器人的控制過程中涉及大量的座標(biāo)變換和插補(bǔ)運(yùn)算以及較低層的即時控制，所以，目前的機(jī)器人控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上大多數(shù)採用分層結(jié)構(gòu)的微型電腦控制系統(tǒng)，通常採用的是兩級電腦伺服控制系統(tǒng)。

伺服驅(qū)動人機(jī)對話內(nèi)部感測器通信一級（上位機(jī)）微型電腦數(shù)學(xué)運(yùn)算資料存儲二級（下位機(jī)）單片機(jī)運(yùn)動控制器驅(qū)動裝置關(guān)節(jié)運(yùn)動手的運(yùn)動外部感測器局部回饋全域回饋5.1引言5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)第5章機(jī)器人控制技術(shù)

機(jī)器人控制系統(tǒng)具體的工作過程是：主控電腦接到工作人員輸入的作業(yè)指令後，首先分析解釋指令，確定手的運(yùn)動參數(shù)，然後進(jìn)行運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和插補(bǔ)運(yùn)算，最後得出機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動參數(shù)。這些參數(shù)經(jīng)過通信線路輸出到伺服控制級作為各個關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)的給定信號。關(guān)節(jié)驅(qū)動器將此信號D/A轉(zhuǎn)換後驅(qū)動各個關(guān)節(jié)產(chǎn)生協(xié)調(diào)運(yùn)動，並通過感測器將各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動輸出信號回饋回伺服控制級電腦形成局部閉環(huán)控制，從而更加精確的控制機(jī)器人手部在空間的運(yùn)動（作業(yè)任務(wù)要求的）。在控制過程中，工作人員可直接監(jiān)視機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)，也可從顯示器等輸出裝置上得到有關(guān)機(jī)器人運(yùn)動的信息。5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成1、硬體5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成1、硬體上位機(jī)（個人微機(jī)或小型電腦）的功能：人機(jī)對話：人將作業(yè)任務(wù)給機(jī)器人，同時機(jī)器人將結(jié)果回饋回來，即人與機(jī)器人之間的交流。數(shù)學(xué)運(yùn)算：機(jī)器人運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和數(shù)學(xué)插補(bǔ)運(yùn)算。通信功能：與下位機(jī)進(jìn)行資料傳送和相互交換。數(shù)據(jù)存儲：存儲編制好的作業(yè)任務(wù)程式和中間資料。5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成1、硬體下位機(jī)（單片機(jī)或運(yùn)動控制器）的功能：伺服驅(qū)動控制：接收上位機(jī)的關(guān)節(jié)運(yùn)動參數(shù)信號和傳感器的回饋信號，並對其進(jìn)行比較，然後經(jīng)過誤差放大和各種補(bǔ)償，最終輸出關(guān)節(jié)運(yùn)動所需的控制信號。20July20235.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成1、硬體——單片機(jī)應(yīng)用5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成1、硬體——運(yùn)動控制器介紹運(yùn)動控制器核心由ADSP2181數(shù)字信號處理器及其週邊部件組成，可以實現(xiàn)高性能的控制計算，同步控制多個運(yùn)動軸，實現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動。應(yīng)用領(lǐng)域包括機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等。5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成1、硬體——運(yùn)動控制器介紹運(yùn)動控制器以PC為主機(jī)，提供標(biāo)準(zhǔn)的ISA、PCI及通用的串口匯流排和數(shù)位I/O介面。運(yùn)動控制器提供高階語言函式程式庫和Windows動態(tài)連接庫，可以實現(xiàn)複雜的控制功能。使用者能夠?qū)⑦@些控制函數(shù)與自己控制系統(tǒng)所需的資料處理、介面顯示、使用者介面等應(yīng)用程式模組集成在一起，建造符合特定應(yīng)用要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種應(yīng)用領(lǐng)域的要求。5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成1、硬體——運(yùn)動控制器應(yīng)用5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成1、硬體內(nèi)部感測器的功能：內(nèi)部感測器的主要目的是對自身的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行檢測，即檢測機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的位移、速度和加速度等運(yùn)動參數(shù)，為機(jī)器人的控制提供回饋信號。機(jī)器人使用的內(nèi)部感測器主要包括位置、位移、速度和加速度等感測器。5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成1、硬體外部感測器的功能：機(jī)器人要能在變化的作業(yè)環(huán)境中完成作業(yè)任務(wù)，就必須具備類似於人類對環(huán)境的感覺功能。將機(jī)器人用于對工作環(huán)境變化的檢測的感測器稱為外部傳感器，有時也擬人的稱為環(huán)境感覺感測器或環(huán)境感覺器官。目前，機(jī)器人常用的環(huán)境感覺技術(shù)主要有視覺、聽覺、觸覺、力覺等。5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成2、軟體5.1引言第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.1.4

機(jī)器人控制系統(tǒng)控制過程：示教人員將機(jī)器人作業(yè)任務(wù)中要求手的運(yùn)動預(yù)先教給機(jī)器人，在示教的過程中，機(jī)器人控制系統(tǒng)就將關(guān)節(jié)運(yùn)動狀態(tài)參數(shù)記憶存儲在記憶體中。當(dāng)需要機(jī)器人工作時，機(jī)器人的控制系統(tǒng)就調(diào)用記憶體中存儲的各項資料，驅(qū)動關(guān)節(jié)運(yùn)動，使機(jī)器人再現(xiàn)示教過的手的運(yùn)動，由此完成要求的作業(yè)任務(wù)。

作業(yè)任務(wù)手的運(yùn)動關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動關(guān)節(jié)運(yùn)動參數(shù)控制系統(tǒng)驅(qū)動裝置關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動示教記憶再現(xiàn)驅(qū)動回饋5.2示教再現(xiàn)控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.2示教再現(xiàn)控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.2.1

示教方式5.2.2

記憶過程5.2.1

示教方式機(jī)器人示教的方式種類繁多，總的可以分為集中示教方式和分離示教方式。

1、集中示教方式將機(jī)器人手部在空間的位元姿、速度、動作順序等參數(shù)同時進(jìn)行示教的方式，示教一次即可生成關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服指令。2、分離示教方式將機(jī)器人手部在空間的位元姿、速度、動作順序等參數(shù)分開單獨進(jìn)行示教的方式，一般需要示教多次才可生成關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服指令，但其效果要好于集中示教方式。

5.2示教再現(xiàn)控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.2.1

示教方式當(dāng)對用點位（PTP）控制的點焊、搬運(yùn)機(jī)器人進(jìn)行示教時，可以分開編制程式，且能進(jìn)行編輯、修改等工作，但是機(jī)器人手部在作曲線運(yùn)動而且位置精度要求較高時，示教點數(shù)就會較多，示教時間就會拉長，且在每一個示教點處都要停止和啟動，因此就很難進(jìn)行速度的控制。5.2示教再現(xiàn)控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.2.1

示教方式當(dāng)對用連續(xù)軌跡（CP）控制的弧焊、噴漆機(jī)器人進(jìn)行示教時，示教操作一旦開始就不能中途停止，必須不中斷的連續(xù)進(jìn)行到底，且在示教途中很難進(jìn)行局部的修改。示教時，可以是手把手示教，也可通過示教盒示教。5.2示教再現(xiàn)控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)20July20235.2.2

記憶過程示教關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動變換裝置控制系統(tǒng)傳感裝置記憶體檢測轉(zhuǎn)換保存在示教的過程中，機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動狀態(tài)的變化被感測器檢測到，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，再通過變換裝置送入控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)就將這些資料保存在記憶體中，作為再現(xiàn)示教過的手的運(yùn)動時所需要的關(guān)節(jié)運(yùn)動參數(shù)資料。

5.2示教再現(xiàn)控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)示教關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動變換裝置控制系統(tǒng)傳感裝置記憶體檢測轉(zhuǎn)換保存1、記憶速度取決於感測器的檢測速度、變換裝置的轉(zhuǎn)換速度和控制系統(tǒng)記憶體的存儲速度。2、記憶容量取決於控制系統(tǒng)記憶體的容量。

5.2.2

記憶過程5.2示教再現(xiàn)控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)機(jī)器人的運(yùn)動控制是指機(jī)器人手部在空間從一點移動到另一點的過程中或沿某一軌跡運(yùn)動時，對其位元姿、速度和加速度等運(yùn)動參數(shù)的控制。由機(jī)器人運(yùn)動學(xué)可知，機(jī)器人手部的運(yùn)動是由各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動引起的，所以控制機(jī)器人手部的運(yùn)動實際上是通過控制機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動實現(xiàn)的。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)控制過程：根據(jù)機(jī)器人作業(yè)任務(wù)中要求的手的運(yùn)動，通過運(yùn)動學(xué)逆解和數(shù)學(xué)插補(bǔ)運(yùn)算得到機(jī)器人各個關(guān)節(jié)運(yùn)動的位移、速度和加速度，再根據(jù)動力學(xué)正解得到各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動力（矩）。機(jī)器人控制系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)算得到的關(guān)節(jié)運(yùn)動狀態(tài)參數(shù)控制驅(qū)動裝置，驅(qū)動各個關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動，從而合成手在空間的運(yùn)動，由此完成要求的作業(yè)任務(wù)。

驅(qū)動動力學(xué)正解運(yùn)動學(xué)逆解作業(yè)任務(wù)手的運(yùn)動關(guān)節(jié)位移、速度、加速度關(guān)節(jié)驅(qū)動力（矩）驅(qū)動裝置關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動控制系統(tǒng)回饋5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)控制步驟：

第一步：關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成，即將機(jī)器人手部在空間的位姿變化轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)變數(shù)隨時間按某一規(guī)律變化的函數(shù)。這一步一般可離線完成。

第二步：關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制，即採用一定的控制演算法跟蹤執(zhí)行第一步所生成的關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令，這是線上完成的。第一步第二步驅(qū)動動力學(xué)正解運(yùn)動學(xué)逆解作業(yè)任務(wù)手的運(yùn)動關(guān)節(jié)位移、速度、加速度關(guān)節(jié)驅(qū)動力（矩）驅(qū)動裝置關(guān)節(jié)產(chǎn)生運(yùn)動控制系統(tǒng)回饋5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成5.3.2

關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制5.3.3機(jī)器人語言5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成1、軌跡規(guī)劃機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的軌跡規(guī)劃生成方法是指根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的機(jī)器人手部在空間的位元姿、速度等運(yùn)動參數(shù)的變化，通過機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程的求解和各種插補(bǔ)運(yùn)算等數(shù)學(xué)方法最終生成相應(yīng)的關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令。

*示教再現(xiàn)控制生產(chǎn)方法——示教生成

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程在對機(jī)器人進(jìn)行軌跡規(guī)劃時，首先要對機(jī)器人的作業(yè)任務(wù)進(jìn)行描述，得到機(jī)器人手部在空間的位元姿變化，然後根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)方程及其逆解並通過適當(dāng)?shù)牟逖a(bǔ)運(yùn)算求出機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的位移、速度等運(yùn)動參數(shù)的變化，再通過動力學(xué)運(yùn)算最終生成機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動所需的伺服指令。

PTP下的軌跡規(guī)劃是在關(guān)節(jié)座標(biāo)空間進(jìn)行。

CP下的軌跡規(guī)劃是在直角坐標(biāo)空間進(jìn)行。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃步驟：第一步：由手的位姿得到對應(yīng)關(guān)節(jié)的位移；第二步：不同點對應(yīng)關(guān)節(jié)位移之間的運(yùn)動規(guī)劃；第三步：由關(guān)節(jié)運(yùn)動變化計算關(guān)節(jié)驅(qū)動力（矩）。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第一步：已知機(jī)器人起點和終點的位姿得到機(jī)器人對應(yīng)的關(guān)節(jié)變數(shù)的取值。

機(jī)器人運(yùn)動學(xué)逆解實現(xiàn)方法5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值問題：起點的變數(shù)取值如何變化到終點的變數(shù)取值？t05.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值分析：起點的變數(shù)取值如何變化到終點的變數(shù)取值？若按線性變化，則有：t0t005.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值分析：起點的變數(shù)取值如何變化到終點的變數(shù)取值？若加速度無衝擊，則有：t0t005.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值A(chǔ)、三次多項式插值運(yùn)算設(shè)起點到終點的位移變化規(guī)律為：則速度為：5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值A(chǔ)、三次多項式插值運(yùn)算關(guān)節(jié)運(yùn)動需要滿足的約束條件可表示為

：位移約束速度約束5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值A(chǔ)、三次多項式插值運(yùn)算由此可得有關(guān)係數(shù)的4個線性方程為：5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值A(chǔ)、三次多項式插值運(yùn)算求解該方程組即可得：

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值A(chǔ)、三次多項式插值運(yùn)算將其代入下式：即可得該關(guān)節(jié)變數(shù)隨時間的變化規(guī)律。此函數(shù)運(yùn)算式只適用於關(guān)節(jié)起始點和終止點速度為零的運(yùn)動情況。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1

關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值B、多點的三次多項式插值運(yùn)算如果要求在路徑點處的加速度連續(xù)，則可用兩條三次曲線在路徑點處連接起來，拼湊成所需要的運(yùn)動軌跡，這時路徑點處的速度不僅要連續(xù)，而且加速度也要連續(xù)。ACBt01t025.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值B、多點的三次多項式插值運(yùn)算設(shè)A點到C點的關(guān)節(jié)變數(shù)變化為：設(shè)C點到B點的關(guān)節(jié)變數(shù)變化為：ACBt10t205.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值B、多點的三次多項式插值運(yùn)算三點處的位移約束方程：

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值B、多點的三次多項式插值運(yùn)算起點和終點處的速度約束方程：中間點處的速度和加速度約束方程：

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值B、多點的三次多項式插值運(yùn)算聯(lián)立上述8個線性方程，若令，則方程組的解為：

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值B、多點的三次多項式插值運(yùn)算將其代入以下兩式：即可得兩段曲線，將其拼接起來，就是該關(guān)節(jié)變數(shù)隨時間的變化規(guī)律。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值C、五次多項式插值運(yùn)算設(shè)起點到終點的位移變化規(guī)律為：則速度為：5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值C、五次多項式插值運(yùn)算約束條件線性方程組為：5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值C、五次多項式插值運(yùn)算求解該方程組即可得：

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機(jī)器人起點和終點的關(guān)節(jié)變數(shù)取值C、五次多項式插值運(yùn)算將其代入下式：即可得該關(guān)節(jié)變數(shù)隨時間的變化規(guī)律。此函數(shù)運(yùn)算式可適用於關(guān)節(jié)起始點和終止點速度、加速度均為零的運(yùn)動情況。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃第三步：已知機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動速度和加速度由此可得關(guān)節(jié)的驅(qū)動力（矩）。

機(jī)器人動力學(xué)正解實現(xiàn)方法5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1）PTP下的軌跡規(guī)劃在關(guān)節(jié)座標(biāo)空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃時，要注意關(guān)節(jié)運(yùn)動時加速度的突變引起的剛性衝擊，嚴(yán)重時可使機(jī)器人產(chǎn)生較大的振動，而且在關(guān)節(jié)座標(biāo)空間內(nèi)規(guī)劃的直線只表示它是某個關(guān)節(jié)變數(shù)的線性函數(shù)，當(dāng)所有關(guān)節(jié)變數(shù)都規(guī)劃為直線時，並不代表機(jī)器人手部在直角坐標(biāo)空間中的路徑就是直線。

關(guān)節(jié)座標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃是直角坐標(biāo)空間軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃步驟：第一步：連續(xù)軌跡離散化。第二步：PTP下的軌跡規(guī)劃。

AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化解決問題：離散點處的位置和姿態(tài)。

AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化A：離散點處的位置計算對於機(jī)器人手部在空間的位置變化，用時間的參數(shù)方程可表示為：

AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化A：離散點處的位置計算為了保證離散後的路徑點均勻連續(xù)且便於控制，一般利用弧長公式：可將時間轉(zhuǎn)換為弧長的函數(shù)：AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化A：離散點處的位置計算假設(shè)起點所對應(yīng)的弧長為，則路徑就可表示為以弧長為參數(shù)的方程：AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化A：離散點處的位置計算將整個路徑以適當(dāng)?shù)幕￠L單位等分為n段，則任一點處的位置為：AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化A：離散點處的位置計算由此可得任意點處的位置為：AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算設(shè)整個路徑的起始點A和終止點B的姿態(tài)矩陣為：

AB123456789

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算若將機(jī)器人的手部姿態(tài)化成繞三個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)變換，即先繞軸旋轉(zhuǎn)角度，再繞軸旋轉(zhuǎn)角度，最後繞軸旋轉(zhuǎn)角度，由座標(biāo)變換左乘原則得：AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算已知AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算當(dāng)給定R的值，則有：AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算根據(jù)以上計算公式，由路徑兩個端點A、B的姿態(tài)矩陣即可得機(jī)器人手部在整個路徑上繞三個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度變化為：AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算由作業(yè)任務(wù)的要求可將其用時間t的參數(shù)方程表示為：AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算同樣利用弧長公式將時間化為弧長的函數(shù)，並以等間隔弧長等分整個路徑，則任一離散點處繞三個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度為：AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算由此可得任一離散點處的位姿為：AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化根據(jù)以上計算，最終可得離散點n處的位姿為：AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.1關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2）CP下的軌跡規(guī)劃第二步：PTP下的軌跡規(guī)劃有了各個離散點處的位姿，就可以用PTP下的軌跡規(guī)劃實現(xiàn)方法，從而完成CP下的軌跡規(guī)劃。至此，在直角坐標(biāo)空間中兩點之間連續(xù)路徑的軌跡規(guī)劃就全部完成了。AB1234567895.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制多關(guān)節(jié)的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)往往可以分解成若干個帶耦合的單關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)。如果耦合是弱耦合，則每個關(guān)節(jié)的控制可近似為獨立的，看成是每個關(guān)節(jié)由一個簡單的伺服系統(tǒng)單獨驅(qū)動。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服指令生成以後，就要採用一定的控制演算法對關(guān)節(jié)的運(yùn)動進(jìn)行伺服控制，常用的控制方法有以下幾種：

1、基於前饋和回饋的計算力矩的控制方法注意：前饋指的是加速度，回饋指的是速度和位移。已知多自由度機(jī)器人的動力學(xué)模型為：且各項均可精確計算。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制1、基於前饋和回饋的計算力矩的控制方法具有前饋補(bǔ)償?shù)拈]環(huán)伺服系統(tǒng)的性能取決於本體和控制對象的動力學(xué)模型的估算準(zhǔn)確性。當(dāng)?shù)貌坏綔?zhǔn)確的動力學(xué)模型或是環(huán)境變動超出系統(tǒng)回饋補(bǔ)償範(fàn)圍時，控制性能就會改變。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制1、基於前饋和回饋的計算力矩的控制方法選取控制規(guī)律為：式中，——關(guān)節(jié)控制的輸入力（矩）向量；

——關(guān)節(jié)速度誤差回饋係數(shù)；

——關(guān)節(jié)位置誤差回饋係數(shù)；

——希望跟蹤的關(guān)節(jié)速度和位移；

——實際的關(guān)節(jié)速度和位移。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制1、基於前饋和回饋的計算力矩的控制方法假定選取，則有：由於慣性矩陣可逆，所以可得誤差微分方程為：式中，——關(guān)節(jié)位移誤差；分別為關(guān)節(jié)速度和加速度的誤差。只要選取合適的和值，就可使關(guān)節(jié)變數(shù)的各項誤差漸趨於零。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制1、基於前饋和回饋的計算力矩的控制方法這種控制方法是基於關(guān)節(jié)變數(shù)加速度的前饋和速度、位移誤差的回饋以及對耦合力項和重力項的補(bǔ)償而實現(xiàn)的，其考慮的主要是位移和速度的誤差對慣性力項的影響，所以適合於低速、重載的機(jī)器人。它的缺點是計算的工作量大，且控制的精度主要依賴于機(jī)器人動力學(xué)模型的精確度。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制2、線性多變數(shù)控制方法線性多變數(shù)控制方法是利用機(jī)器人在工作點p0附近的線性模型工作的。對任一多自由度機(jī)器人，其在工作點處的初始關(guān)節(jié)控制力（矩）向量與該點處對應(yīng)的關(guān)節(jié)位移、速度和加速度之間的動力學(xué)模型為：5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制2、線性多變數(shù)控制方法當(dāng)機(jī)器人在工作點處有一微小擾動時，上述動力學(xué)模型就變?yōu)椋菏街?，——關(guān)節(jié)控制輸入力（矩）的微小變化；

——關(guān)節(jié)位移的微小變化；

——關(guān)節(jié)速度的微小變化；

——關(guān)節(jié)加速度的微小變化。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制2、線性多變數(shù)控制方法在工作點附近應(yīng)用臺勞級數(shù)將和展開，並忽略展開式中及的二階及二階以上的各次高階項，且假定它們足夠小，則上式可改寫為：

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制2、線性多變數(shù)控制方法若令則得：該式即為機(jī)器人在工作點附近的增量線性定常模型。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制2、線性多變數(shù)控制方法若再令、、則得：對耦合線性定常微分方程應(yīng)用以下的回饋控制律：式中，

——關(guān)節(jié)位移誤差；

——關(guān)節(jié)速度誤差；

——回饋的關(guān)節(jié)速度和位移；——設(shè)定的關(guān)節(jié)速度和位移。5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制2、線性多變數(shù)控制方法對控制律兩邊求拉普拉氏變換可得則其傳遞函數(shù)為：由此可以看出，線性多變數(shù)控制選用的是一個比例微分（PD）控制器，其考慮的主要是位移和速度的誤差對耦合力項和重力項的影響，所以適合於高速、輕載機(jī)器人的控制。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制3、自我調(diào)整控制自我調(diào)整控制就是指機(jī)器人根據(jù)感測器對外界環(huán)境和物件物的感知，利用人工智慧中的各種學(xué)習(xí)、推理和決策技術(shù)，對外界資訊進(jìn)行準(zhǔn)確處理，然後對自己行為作出自主決策以自動地完成任務(wù)的控制方式。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制3、自我調(diào)整控制理想自我調(diào)整控制是在基於模型控制的基礎(chǔ)上，增添自我調(diào)整控制規(guī)律，不斷觀測機(jī)器人各個關(guān)節(jié)的狀態(tài)和伺服誤差，驅(qū)動自我調(diào)整演算法，重新調(diào)整或更新非線性模型參數(shù)，直至伺服誤差消失為止。由此可見，這種控制方法對機(jī)器人控制系統(tǒng)的動態(tài)性能具有自我調(diào)整功能，並且可以達(dá)到全域的穩(wěn)定。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制4、自學(xué)習(xí)控制自學(xué)習(xí)控制是近年來提出的一種智慧控制方法，它可利用結(jié)構(gòu)簡單的控制器實現(xiàn)高精度的控制。目前人們提出的自學(xué)習(xí)控制方案主要有：反覆運(yùn)算自學(xué)習(xí)控制重複自學(xué)習(xí)控制。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制4、自學(xué)習(xí)控制反覆運(yùn)算自學(xué)習(xí)控制：反覆運(yùn)算自學(xué)習(xí)控制是以數(shù)學(xué)模型模仿人類在每次操作均在規(guī)定的時間內(nèi)結(jié)束，且在期望值給定的條件下重複進(jìn)行一件同樣的工作為基本思路，若每次操作開始時系統(tǒng)的初始值已知，每次輸出值可測，則輸出與輸入的誤差信號就可作為下一次的控制輸入，用簡單的反覆運(yùn)算律更新存入存儲裝置的控制輸入，從而改善系統(tǒng)在輸入作用下的輸出，直至獲得期望的控制結(jié)果。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.2關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服控制4、自學(xué)習(xí)控制重複自學(xué)習(xí)控制：重複自學(xué)習(xí)控制同樣適用於進(jìn)行重複操作的機(jī)器人，但它與反覆運(yùn)算自學(xué)習(xí)控制不同，它不是簡單的生成期望的前饋控制信號，而是利用“內(nèi)模原理”，在穩(wěn)定的閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置一個可以產(chǎn)生與參考輸入同週期的內(nèi)部模型，從而使系統(tǒng)實現(xiàn)對外週期信號的跟蹤。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言世界上最早開展機(jī)器人語言研究的是美國斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院以及英國的一些大學(xué)，他們在20世紀(jì)60年代初期就著手這方面的工作。

1973年斯坦福大學(xué)人工智慧研究室研製出實用的WAVE語言，這是第一個機(jī)器人語言。

WAVE語言具有動作的描述、力和接觸的控制，配合視覺系統(tǒng)可以完成手眼協(xié)調(diào)程式設(shè)計。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言之後斯坦福大學(xué)人工智慧研究室在WAVE語言的基礎(chǔ)上，又開發(fā)出了AL語言。

AL語言不僅能用來描述機(jī)器人手爪的操作，而且還能記憶作業(yè)環(huán)境以及環(huán)境內(nèi)各個物件物之間的相對位置，可以用來控制多臺機(jī)器人協(xié)調(diào)工作。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言美國IBM公司在機(jī)器人語言研究上作了很多工作，也取得過不少成果。該公司在20世紀(jì)70年代中期開發(fā)了應(yīng)用於直角坐標(biāo)機(jī)器人上的EMILY和ML語言，能用於機(jī)器人的裝配作業(yè)。此後又研製出用於裝配機(jī)器人的AUTOPASS語言，這是一種比較高級的機(jī)器人語言，它可以對幾何模型類任務(wù)進(jìn)行半自動程式設(shè)計。在1982年，IBM公司又推出了AML語言，目前，AML語言已作為商業(yè)化產(chǎn)品用於IBM機(jī)器人的控制。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言

1979年,美國Unimation公司推出了VAL語言，主要用於PUMA和Unimate等系列的機(jī)器人上，是一種比較成功的機(jī)器人語言。VAL語言是在BASIC

語言的基礎(chǔ)上擴(kuò)展的機(jī)器人語言，它具有BASIC語言的結(jié)構(gòu)，比較簡單，易於程式設(shè)計，為工業(yè)機(jī)器人所適用。

1984年該公司推出VAL-Ⅱ語言，它是在VAL

語言的基礎(chǔ)上，增加開發(fā)利用感測器資訊進(jìn)行運(yùn)動控制和資料處理以及通訊等功能?，F(xiàn)在VAL語言已經(jīng)升級為V++語言，性能得到了更大的提高。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言

20世紀(jì)80年代初，美國Automatix公司開發(fā)了

RAIL語言，它能利用視覺感測器資訊，進(jìn)行檢測零件作業(yè)。同期，麥道公司研製出了MCL語言，它是在數(shù)控語言APT基礎(chǔ)上發(fā)展起來的機(jī)器人語言。MCL

語言應(yīng)用于由機(jī)床及機(jī)器人組成的柔性加工單元的編程，其功能較強(qiáng)。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言到目前為止，國內(nèi)外尚無通用的機(jī)器人語言，雖然現(xiàn)有的品種繁多，僅在美、日、西歐實用的機(jī)器人語言就至少有數(shù)十種。但即使這樣，新的機(jī)器人語言還不斷出現(xiàn)。究其原因，就在於目前開發(fā)的機(jī)器人語言絕大多數(shù)是根據(jù)專用機(jī)器人而單獨開發(fā)的，存在著通用性差的問題。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言有的國家正嘗試在數(shù)控機(jī)床通用語言的基礎(chǔ)上，形成統(tǒng)一的機(jī)器人語言，但由於機(jī)器人控制不僅要考慮機(jī)器人本身的運(yùn)動，還要考慮機(jī)器人與配套設(shè)備間的協(xié)調(diào)通訊以及多個機(jī)器人之間的協(xié)調(diào)工作，因而技術(shù)難度非常大，目前尚處於研究探索階段。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言1、機(jī)器人語言的特點（1）機(jī)器人語言描述的內(nèi)容主要是機(jī)器人的作業(yè)動作、工作環(huán)境、操作內(nèi)容、工藝和過程。（2）機(jī)器人語言逐漸向結(jié)構(gòu)簡明、概念統(tǒng)一和容易擴(kuò)展等方向發(fā)展。（3）機(jī)器人語言越來越接近自然語言，並且具有良好的對話性。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言2、機(jī)器人語言的分類（1）根據(jù)機(jī)器人語言對作業(yè)任務(wù)描述水準(zhǔn)的高低可分為動作級、對象級和任務(wù)級三大類。①動作級動作級的機(jī)器人語言是以機(jī)器人手部的運(yùn)動作為作業(yè)描述的中心，將機(jī)器人作業(yè)任務(wù)中的每一步動作都用命令語句來表述，每一條語句對應(yīng)于一個機(jī)器人動作。若動作的目的是移動某一物體，基本運(yùn)動語句形式為：

MOVETO〈目的地〉

這一級語言的典型代表是VAL語言。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言2、機(jī)器人語言的分類②對象級物件級的機(jī)器人語言是以近似自然語言的方式，按照作業(yè)物件的狀態(tài)變化來進(jìn)行程式設(shè)計，是以描述操作物體之間關(guān)係為中心的語言。由操作者給出作業(yè)本身的順序過程的描述及環(huán)境模型的描述，機(jī)器人即可自行決定如何動作。這種語言可以利用感測器資訊來修改、更新環(huán)境的描述和模型，也可以利用感測器資訊進(jìn)行控制、測試和監(jiān)督。這一級語言的代表是AUTOPASS語言。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言2、機(jī)器人語言的分類③任務(wù)級在任務(wù)級語言環(huán)境下，使用者只要按某種原則給出作業(yè)起始狀態(tài)和作業(yè)目標(biāo)狀態(tài)，機(jī)器人語言系統(tǒng)即可利用已有的環(huán)境資訊和知識庫、資料庫自動進(jìn)行推理、計算，最後自動生成機(jī)器人詳細(xì)的動作、順序和相應(yīng)資料。因此，這類語言必須具有判斷環(huán)境、描述環(huán)境的能力，同時，也必須有自動完成許多規(guī)劃任務(wù)的能力。這一級語言現(xiàn)仍處於基礎(chǔ)研究階段，還有許多問題沒有解決。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言2、機(jī)器人語言的分類（2）根據(jù)機(jī)器人語言的實際應(yīng)用水準(zhǔn)可分為動作指示語言和作業(yè)指示語言兩大類。

①動作指示語言機(jī)器人的動作指示語言是直接表述機(jī)器人臂部、腕部、手部等動作控制的語言系統(tǒng)，它相當(dāng)於上面所述的動作級機(jī)器人語言。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言2、機(jī)器人語言的分類（2）根據(jù)機(jī)器人語言的實際應(yīng)用水準(zhǔn)可分為動作指示語言和作業(yè)指示語言兩大類。

②作業(yè)指示語言機(jī)器人的作業(yè)指示語言是僅表述機(jī)器人（如裝配機(jī)器人）的某種操作過程的語言系統(tǒng)，它相當(dāng)於上面所述的對象級機(jī)器人語言。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言3、機(jī)器人語言的處理過程當(dāng)用機(jī)器人語言編寫的程式對機(jī)器人進(jìn)行控制時，它的處理過程主要有以下幾個方面：

（1）分析程式分析程式要分析的物件是工作人員用機(jī)器人語言編寫的作業(yè)程式。分析程式首先進(jìn)行語法檢查，並將程式中的錯誤指示出來。此外，分析程式還能對資料的維數(shù)和形式進(jìn)行檢查。一旦消除了所有的語法錯誤，作業(yè)程式就可以進(jìn)行下一步的處理。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言3、機(jī)器人語言的處理過程（2）編譯器編譯器就是對作業(yè)程式的語義進(jìn)行檢查，它能檢驗有沒有發(fā)出對存取不可能位址的移動命令和有沒有使機(jī)器人手部過高速度的移動等。編譯器還要進(jìn)行一些軌跡計算，即在編譯作業(yè)程式時類比機(jī)器人手部的位置和各個變數(shù)的值，跟蹤其與坐標(biāo)系相結(jié)合的狀態(tài)，然後根據(jù)這個值進(jìn)行軌跡計算，最後得到軌跡資料。編譯器還可將作業(yè)程序變換成實行解釋程式可以解釋的代碼。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言3、機(jī)器人語言的處理過程（3）即時解釋程式即時解釋程式是將編譯器生成的代碼即時解釋並執(zhí)行。實現(xiàn)動作結(jié)合時，將必要的軌跡資料給予伺服模塊，通過狀態(tài)監(jiān)視模組監(jiān)視它的動作。（4）伺服模組伺服模組的作用是根據(jù)軌跡資料，通過關(guān)節(jié)位移和速度等所組成的回饋控制系統(tǒng)來實現(xiàn)被指定的運(yùn)動。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言3、機(jī)器人語言的處理過程（5）狀態(tài)監(jiān)視模組狀態(tài)監(jiān)視模組的作用是處理各種感測器的回饋信號，抽出必要的資訊交給實行解釋程式。以上只是機(jī)器人語言處理系統(tǒng)的梗概，完整的系統(tǒng)還應(yīng)包括生成作業(yè)程式的編輯程式、排除錯誤的調(diào)試程式和輸出環(huán)境資料的示教系統(tǒng)程式等。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言

1979年美國Unimation公司推出的VAL語言，是在BASIC語言的基礎(chǔ)上擴(kuò)展的機(jī)器人語言，它具有BASlC語言的結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上添加了機(jī)器人程式設(shè)計指令和VAL監(jiān)控作業(yè)系統(tǒng)。作業(yè)系統(tǒng)包括使用者交聯(lián)、編輯和磁片管理等部分。VAL語言適用于機(jī)器人兩級控制系統(tǒng)，上級機(jī)是LSI—11／23小型電腦，機(jī)器人各關(guān)節(jié)則由6503微處理器控制。上級機(jī)還可以和用戶終端、示教盒、I/O模組和機(jī)器視覺模組等交聯(lián)。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言

VAL語言在調(diào)試過程中可以和BASIC語言以及6503組合語言聯(lián)合使用。VAL語言目前主要用在各種類型的PUMA機(jī)器人以及UNIMATE2000、UNIMATE

4000系列機(jī)器人上。在VAL語言中，機(jī)器人終端位置和姿態(tài)用齊次變換表徵。當(dāng)精度要求較高時，可以用精確點的資料表征終端位置和姿態(tài)。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言

VAL語言的指令可分為二類：程式指令和監(jiān)控指令。（1）程式指令①運(yùn)動指令

MOVE<loc>

關(guān)節(jié)插補(bǔ)運(yùn)動。

MOVES<Ioc>

苗卡爾直線運(yùn)動。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言（1）程式指令①運(yùn)動指令可以在運(yùn)動過程中進(jìn)行手爪的控制，如

MOVEPI，75

該指令產(chǎn)生從目前位置到PI點的關(guān)節(jié)插補(bǔ)運(yùn)動，並在運(yùn)動過程中，手爪打開75mm。相應(yīng)的笛卡爾直線插補(bǔ)運(yùn)動指令為：

MOVESPI，75

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言（1）程式指令①運(yùn)動指令

APPRO<loc><dist>

表示終端從當(dāng)前位置以關(guān)節(jié)插補(bǔ)方式移動到與目標(biāo)點<loc>在z軸方向上相隔一定距離的<dist>處。

APPROS<loc><dist>

含意同APPRO，但終端移動方式為直線運(yùn)動。

DEPART<dist>或DEPARTS<dist>

表示終端從當(dāng)前位置以關(guān)節(jié)插補(bǔ)形式（或直線運(yùn)動）在z軸方向移動移動一段距離<dist>。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言（1）程式指令②手爪控制指令

OPEN，CLOSE

分別使手爪全部張開和全部閉合，並且在機(jī)器人下個運(yùn)動過程中執(zhí)行。

OPENI，CLOSEI

表示立即執(zhí)行，執(zhí)行完後，再轉(zhuǎn)下一個指令。

GRASP

使手爪立即閉合，並檢查最後的開啟量是否滿足給定的要求。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言（1）程式指令③程式控制指令

GOTO<lable>

無條件轉(zhuǎn)移指令。

GOSUB<programe>

副程式調(diào)用指令。④位元姿控制指令

RIGHTY

右手；LEFTY

左手；

ABOVE

上肘；BELOW

下肘；

FLIP

上腕；NOFLIP

下腕。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言（1）程式指令⑤賦值指令

HERE<loc>

把當(dāng)前的位置賦給定位變數(shù)。

SET<trans1>＝<trans2>

把變數(shù)2的值給1。⑥控制方式指令

COARSE[ALWAYS]

在伺服控制中允許較大的誤差。

FIWD[ALWAYS]在伺服控制中允許比較小的誤差。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言（2）監(jiān)控指令①定義位置、姿態(tài)

POINT

終端位置、姿態(tài)的齊次變換或以關(guān)節(jié)位置表徵的精確點賦值。

DPOINT

取消已賦值。

BASE

機(jī)器人基準(zhǔn)坐標(biāo)系位置。

TOOI

工具終端相對于工具支承端面的位置、姿態(tài)賦值。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言（2）監(jiān)控指令②程式編輯指令

EDIT編輯指令進(jìn)入編輯狀態(tài)後，可使用各種編輯指令字。③清單指令

DIRECTORY

顯示記憶體中的全部使用者程式名。

LISTP

顯示使用者的全部程式。

LISTL

顯示位置變數(shù)值。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言（2）監(jiān)控指令④存儲指令

STOREP

在磁片檔內(nèi)，存儲指定程式。

LOADP

將檔中的程式送入記憶體。⑤控制程式指令

ABORT

緊急停止。

DO

執(zhí)行單指令。

EXECUTE

按給定次數(shù)執(zhí)行使用者程式。

NEXT

控制程式單步執(zhí)行。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言（2）監(jiān)控指令⑥系統(tǒng)狀態(tài)控制

STATUS

顯示機(jī)器人狀態(tài)。

FREE顯示當(dāng)前未使用的存儲容量。

ZERO

清除全部使用者程式和定義的位置。

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言

VAL語言程式設(shè)計舉例任務(wù)要求：將工件從傳送線上拿到加工位置。設(shè)程式名為WORK。①進(jìn)入編輯狀態(tài)鍵入：·EDITWORK·PROGRAMWORK

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言

VAL語言程式設(shè)計舉例②輸入來源程式1？OPEN

打開手指，同時亦向下步；2？APPRO

TAKE，40

以關(guān)節(jié)插補(bǔ)運(yùn)動移至

TAKE點40mm處停下；3？SPEED30

速度降為標(biāo)準(zhǔn)速度的30%；4？MOVE

TAKE！以關(guān)節(jié)插補(bǔ)運(yùn)動移至TAKE點，“！”表示手指位置成為TAKE點；5？CLOSEI

手指閉合，抓住工件?！癐”表示動作結(jié)束後才執(zhí)行下一步；

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言

VAL語言程式設(shè)計舉例②輸入來源程式6？DEPART80

以關(guān)節(jié)插補(bǔ)運(yùn)動，沿座標(biāo)z

軸後退離開TAKE點至

80mm處停下；7？APPROSPUT，75

以直線軌跡移至距離PUT

點75mm處停下；8？SPEED20

速度降為標(biāo)準(zhǔn)速度的20%；9？MOVESPUT

以直線軌跡移至PUT點；

5.3運(yùn)動控制第5章機(jī)器人控制技術(shù)5.3.3機(jī)器人語言4、VAL語言

VAL語言程式設(shè)計舉例②輸入來源程式10？OPENI