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工業(yè)機(jī)器人常見4大控制方式
機(jī)器人控制可以分為關(guān)節(jié)空間的控制和笛卡爾空間的控制。對(duì)于串聯(lián)式多關(guān)節(jié)機(jī)器人，關(guān)節(jié)空間的控制是針對(duì)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的變量進(jìn)行的控制，笛卡爾空間控制是針對(duì)機(jī)器人末端的變量進(jìn)行的控制。按照控制量的不同，機(jī)器人控制可以分為：位置控制、速度控制、加速度控制、力控制、力位混合控制和振動(dòng)控制等。
按作業(yè)任務(wù)的不同，機(jī)器人的控制方式則可分為點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制、力（力矩）控制和智能控制四種控制方式。本文就從作業(yè)任務(wù)劃分，對(duì)四種控制方式進(jìn)行介紹。
1、點(diǎn)位控制方式（PTP）
點(diǎn)位控制在機(jī)電一體化領(lǐng)域和機(jī)器人行業(yè)有及其廣泛的應(yīng)用，機(jī)械制造業(yè)中的數(shù)控機(jī)床對(duì)零件輪廓的跟蹤，工業(yè)機(jī)器人的指端軌跡控制和行走機(jī)器人的路徑跟蹤等都是點(diǎn)位控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用。
在控制時(shí)，要求工業(yè)機(jī)器人能夠快速、準(zhǔn)確地在相鄰各點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)，對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡則不作任何規(guī)定。
定位精度和運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間是這種控制方式的兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。這種控制方式具有實(shí)現(xiàn)容易、定位精度要求不高的特點(diǎn)，因此，常被應(yīng)用在上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊和在電路板上安插元件等只要求目標(biāo)點(diǎn)處保持末端執(zhí)行器位姿準(zhǔn)確的作業(yè)中。這種方式比較簡單，但是要達(dá)到2～3um的定位精度是相當(dāng)困難的。
點(diǎn)位控制系統(tǒng)實(shí)際上也是一種位置伺服系統(tǒng)，它們的基本結(jié)構(gòu)與組成基本上是相同的，只不過側(cè)重點(diǎn)不同而已，它們的控制復(fù)雜程度也各有千秋；按反饋方式來分，可以分為閉環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)。
2、連續(xù)軌跡控制方式（CP）
PTP點(diǎn)位控制下，始末速度為0，期間可以有各種的速度規(guī)劃方式。
CP控制是對(duì)工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中的位姿進(jìn)行連續(xù)的控制，中間點(diǎn)的速度不為0，連貫運(yùn)動(dòng)，通過速度前瞻的方式獲得每個(gè)點(diǎn)的速度大小。一般連續(xù)軌跡控制主要都用到了速度前瞻的方法：前向速度限制、轉(zhuǎn)角速度限制、回溯速度限制、最大速度限制、輪廓誤差速度限制。
這種控制方式要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而且速度可控、軌跡光滑、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，以完成作業(yè)任務(wù)。
工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)、同步地進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，其末端執(zhí)行器即可形成連續(xù)的軌跡。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器位 姿的軌跡跟蹤精度及平穩(wěn)性，通�；『浮娖�、去毛邊和檢測作業(yè)機(jī)器人都采用這種控制方式。
3、力（力矩）控制方式
隨著機(jī)器人應(yīng)用邊界的不斷拓寬，單單靠視覺賦能已經(jīng)滿足不了復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用，此時(shí)就必須引入力/力矩控制輸出量，或者將力/力矩作為閉環(huán)反饋量引入控制。
在進(jìn)行裝配、抓放物體等工作時(shí)，除了要求準(zhǔn)確定位之外，還要求所使用的力或力矩必須合適，這時(shí)必須要使用（力矩）伺服方式。這種控制方式的原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過輸入量和反饋量不是位置信號(hào)，而是力（力矩）信號(hào)，所以該系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。有時(shí)也利用接近、滑動(dòng)等傳感功能進(jìn)行自適應(yīng)式控制。
由于機(jī)械臂和工作面的接觸常常是未知的復(fù)雜曲面，因而這種力/力矩的感知，還應(yīng)具備多維能力。
4、智能控制方式
機(jī)器人的智能控制是具有智能信息處理和智能信息反饋以及智能控制決策的控制方式，通過傳感器（如攝像機(jī)、圖像傳感器、超聲波傳成器、激光器、導(dǎo)電橡膠、壓電元件、氣動(dòng)元件、行程開關(guān)等機(jī)電元器件）獲得周圍環(huán)境的知識(shí)，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識(shí)庫作出相應(yīng)的決策。
智能控制技術(shù)的發(fā)展有賴于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。近幾年，智能控制技術(shù)進(jìn)步明顯，模糊控制理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論以及兩者的融合都大大提高了機(jī)器人的速度和精度。主要應(yīng)用如多關(guān)節(jié)機(jī)器人跟蹤控制、月球機(jī)器人控制、除草機(jī)器人控制、烹飪機(jī)器人控制等。
機(jī)器人智能控制又可細(xì)分為：模糊控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制等。
有了智能控制技術(shù)的加持，工業(yè)機(jī)器人才真正智能化起來，不過也是最難實(shí)現(xiàn)的，對(duì)算法、元件以來嚴(yán)重。
目前工業(yè)機(jī)器人，大多數(shù)情況下還是處于比較底層的空間定位控制階段，沒有太多智能含量，距離智能化還有很長的路要走。因此我國的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和智能機(jī)器人。
機(jī)器人控制可以分為關(guān)節(jié)空間的控制和笛卡爾空間的控制。對(duì)于串聯(lián)式多關(guān)節(jié)機(jī)器人，關(guān)節(jié)空間的控制是針對(duì)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的變量進(jìn)行的控制，笛卡爾空間控制是針對(duì)機(jī)器人末端的變量進(jìn)行的控制。按照控制量的不同，機(jī)器人控制可以分為：位置控制、速度控制、加速度控制、力控制、力位混合控制和振動(dòng)控制等。
按作業(yè)任務(wù)的不同，機(jī)器人的控制方式則可分為點(diǎn)位控制、連續(xù)軌跡控制、力（力矩）控制和智能控制四種控制方式。本文就從作業(yè)任務(wù)劃分，對(duì)四種控制方式進(jìn)行介紹。
1、點(diǎn)位控制方式（PTP）
點(diǎn)位控制在機(jī)電一體化領(lǐng)域和機(jī)器人行業(yè)有及其廣泛的應(yīng)用，機(jī)械制造業(yè)中的數(shù)控機(jī)床對(duì)零件輪廓的跟蹤，工業(yè)機(jī)器人的指端軌跡控制和行走機(jī)器人的路徑跟蹤等都是點(diǎn)位控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用。
在控制時(shí)，要求工業(yè)機(jī)器人能夠快速、準(zhǔn)確地在相鄰各點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)，對(duì)達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡則不作任何規(guī)定。
定位精度和運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間是這種控制方式的兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。這種控制方式具有實(shí)現(xiàn)容易、定位精度要求不高的特點(diǎn)，因此，常被應(yīng)用在上下料、搬運(yùn)、點(diǎn)焊和在電路板上安插元件等只要求目標(biāo)點(diǎn)處保持末端執(zhí)行器位姿準(zhǔn)確的作業(yè)中。這種方式比較簡單，但是要達(dá)到2～3um的定位精度是相當(dāng)困難的。
點(diǎn)位控制系統(tǒng)實(shí)際上也是一種位置伺服系統(tǒng)，它們的基本結(jié)構(gòu)與組成基本上是相同的，只不過側(cè)重點(diǎn)不同而已，它們的控制復(fù)雜程度也各有千秋；按反饋方式來分，可以分為閉環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)。
2、連續(xù)軌跡控制方式（CP）
PTP點(diǎn)位控制下，始末速度為0，期間可以有各種的速度規(guī)劃方式。
CP控制是對(duì)工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器在作業(yè)空間中的位姿進(jìn)行連續(xù)的控制，中間點(diǎn)的速度不為0，連貫運(yùn)動(dòng)，通過速度前瞻的方式獲得每個(gè)點(diǎn)的速度大小。一般連續(xù)軌跡控制主要都用到了速度前瞻的方法：前向速度限制、轉(zhuǎn)角速度限制、回溯速度限制、最大速度限制、輪廓誤差速度限制。
這種控制方式要求其嚴(yán)格按照預(yù)定的軌跡和速度在一定的精度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而且速度可控、軌跡光滑、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，以完成作業(yè)任務(wù)。
工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)連續(xù)、同步地進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，其末端執(zhí)行器即可形成連續(xù)的軌跡。這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器位 姿的軌跡跟蹤精度及平穩(wěn)性，通�；『浮娖�、去毛邊和檢測作業(yè)機(jī)器人都采用這種控制方式。
3、力（力矩）控制方式
隨著機(jī)器人應(yīng)用邊界的不斷拓寬，單單靠視覺賦能已經(jīng)滿足不了復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用，此時(shí)就必須引入力/力矩控制輸出量，或者將力/力矩作為閉環(huán)反饋量引入控制。
在進(jìn)行裝配、抓放物體等工作時(shí)，除了要求準(zhǔn)確定位之外，還要求所使用的力或力矩必須合適，這時(shí)必須要使用（力矩）伺服方式。這種控制方式的原理與位置伺服控制原理基本相同，只不過輸入量和反饋量不是位置信號(hào)，而是力（力矩）信號(hào)，所以該系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。有時(shí)也利用接近、滑動(dòng)等傳感功能進(jìn)行自適應(yīng)式控制。
由于機(jī)械臂和工作面的接觸常常是未知的復(fù)雜曲面，因而這種力/力矩的感知，還應(yīng)具備多維能力。
4、智能控制方式
機(jī)器人的智能控制是具有智能信息處理和智能信息反饋以及智能控制決策的控制方式，通過傳感器（如攝像機(jī)、圖像傳感器、超聲波傳成器、激光器、導(dǎo)電橡膠、壓電元件、氣動(dòng)元件、行程開關(guān)等機(jī)電元器件）獲得周圍環(huán)境的知識(shí)，并根據(jù)自身內(nèi)部的知識(shí)庫作出相應(yīng)的決策。
智能控制技術(shù)的發(fā)展有賴于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、基因算法、遺傳算法、專家系統(tǒng)等人工智能的迅速發(fā)展。近幾年，智能控制技術(shù)進(jìn)步明顯，模糊控制理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論以及兩者的融合都大大提高了機(jī)器人的速度和精度。主要應(yīng)用如多關(guān)節(jié)機(jī)器人跟蹤控制、月球機(jī)器人控制、除草機(jī)器人控制、烹飪機(jī)器人控制等。
機(jī)器人智能控制又可細(xì)分為：模糊控制、自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制等。
有了智能控制技術(shù)的加持，工業(yè)機(jī)器人才真正智能化起來，不過也是最難實(shí)現(xiàn)的，對(duì)算法、元件以來嚴(yán)重。
目前工業(yè)機(jī)器人，大多數(shù)情況下還是處于比較底層的空間定位控制階段，沒有太多智能含量，距離智能化還有很長的路要走。因此我國的機(jī)器人專家從應(yīng)用環(huán)境出發(fā)，將機(jī)器人分為兩大類，即工業(yè)機(jī)器人和智能機(jī)器人。
