機器人運動控制演算法
1. 機器人的操作應用-運動指令實用
這一章我先介紹《工業機器人運動指令》：工業機器人的運動指令：
通常工業機器人商務運局衡猛動指令記錄了位置數據、運動類型和運動速度。如果在工業機器人示教期間，不設定運動類型和運動速度，則自動使用上一次的設定值。位置數據記錄的攔乎是工業機器人當前的位置信息，記錄運動指令的同時，記錄位置信息。運動類型指定了在執行時示教點之間的運動軌跡。工業機器人一般支持3 種運動類型：關節運動（MOVJ）、直線運動（MOVL）、圓弧運動（MOVC）。運動速度指機器人以何種速度執行在示教點之間的運動。
一、工業機器人關節運動類型：
當機工業器人不需要以指定路徑運動到當前示教點時，採用關節運動類型。關節運動類型對應的運動指令為MOVJ。一般說來，為安全起見，程序起始點使用關節運動類型。關節運動類型的特點是速度最快、路徑不可知，因此，一般此運動類型運用在空間點上，並且在自動運行程序之前，必須低速檢查一遍，觀察工業機器人實際運動軌跡是否與周圍設備有干涉。
二、工業機器人直線運動類型：
當工業機器人需要通過直線路徑運動到當前示教點時桐橋，採用直線運動類型。直線運動類型對應的運動指令為MOVL。直線運動的起始點是前一運動指令的示教點，結束點是當前指令的示教點。對於直線運動，在運動過程中，工業機器人運動控制點走直線，夾具姿態自動改變如下圖
三、工業機器人圓弧運動類型：
當工業機器人需要以圓弧路徑運動到當前示教點時，採用圓弧運動類型。 圓弧運動類型對應的運動指令為MOVC。
1、單個圓弧
三點確定唯一圓弧，因此，圓弧運動時，需要示教三個圓弧運動點，即P1～P3，如下圖所示。如果示教點P0 為關節或直線運動，在開始圓弧運動前，機器人以直線從P0 點運動到P11 點，P11 點與起弧點P1 是同一點。
2、連續多個圓弧
當需要連續多個圓弧運動時，兩段圓弧運動必須由一個關節或直線運動點隔開，且第一段圓弧的終點和第二段圓弧的起點重合。
程序指令編寫如下：
NOP
MOVJ VJ=10 ------P0
MOVL VL=100-----P11
MOVC VC=100 ---P1 與P11為同一點
MOVC VC=100 ---P2
MOVC VC=100 ---P3
MOVJ VJ=10 ------P4
MOVC VC=100----P5 與P3和P4為同一點
MOVC VC=100----P6
MOVC VC=100----P7
MOVL VL=100-----P8
END
3、圓弧運動速度
（1）P2 點運行速度用於P1 到P2 的弧。
（2）P3 點運行速度用於P2 到P3 的弧。
四、工業機器人運動參考示意圖：
轉自《工業機器人示教器使用前准備事項》
2. 機器人 運動控制演算法 主要有哪些
隨著電子技術、自動化控制和計算機應用的發展,台式機器人的運動控制不斷向著高精度、高速度、微型化、智能化和通用化方向發展。目前,以數字信號處理器(DSP)和現場可編..
3. 機器人運動控制系統是什麼包含哪些方面
機器人運動控制系統的功能是接收來自感測器的檢測信號，根據操作任務的要求，驅動機械臂中的各台電動機就像我們人的活動需要依賴自身的感官一樣，機器人的運動控制離不開感測器。機器人需要用感測器來檢測各種狀態。機器人的內部感測器信號被用來反映機械臂關節的實際運動狀態，機器人的外部感測器信號被用來檢測工作環境的變化。所以機器人的神經與大腦組合起來才能成一個完整的機器人控制系統。機器人運動控制系統包含以下幾個方面：執行機構----伺服電機或步進電機；驅動機構----伺服或者步進驅動器；控制機構----運動控制器，做路徑和電機聯動的演算法運算控制；控制方式----有固定執行動作方式的，那就編好固定參數的程序給運動控制器；如果有加視覺系統或者其他感測器的，根據感測器信號，就編好不固定參數的程序給運動控制器4. 核心演算法是什麼它對機器人有多重要
核心演算法是什麼？機器人的演算法大方向可以分為感知演算法與控制演算法，感知演算法一般是環境感知、路徑規劃，而控制演算法一般分為決策演算法、運動控制演算法。環境感知演算法獲取環境各種數據，通常指以機器人的視覺所見的圖像識別等 。
雖然對於工業機器人來說，要想實現高速下穩定精確的運動軌跡，精密的配件必不可少，如電機，伺服系統，還有非常重要的減速機等等。但是這些都只是硬體的需求，僅僅只有好的硬體，沒有相應的核心演算法，也就是缺少了控制硬體的大腦，那麼工業機器人使用再好的硬體，也只能完成一些精確度要求不高的簡單工作，而且還容易出問題。而這就是中國機器人製造商面臨的最大問題。
作為工業級產品，衡量機器人優劣主要有兩個標准：穩定性和精確性。核心控制器是影響穩定性的關鍵部件，有著工業機器人“大腦”之稱。而軟體相當於語言，把“大腦”的想法傳遞出去。 要講好這門“語言”，就需要底層核心演算法。
好的演算法，幾千行就能讓機器人穩定運行不出故障；差的演算法，幾萬行也達不到人家的水準。不掌握核心演算法，生產精度需求不高的產品還勉強可以，但倘若應用到航天航空、軍工等高端領域，就只能依賴進口工業機器人了。
對於機器人來說，每一個動作都需要核心控制器、伺服驅動器和伺服電機協同動作，而現在的機器人通常擁用多個伺服器，因此多台伺服系統更需要核心演算法提前進行計算。只有通過底層演算法，國外核心控制器才可以通過伺服系統的電流環直接操作電機，實現高動態多軸非線性條件下的精密控制，同時還能滿足極短響應延時的需求。這也是為何如今在中國的機器人市場上，6軸以上的高端機器人幾乎被國外的機器人公司壟斷。
5. 工業機器人是如何更好地實現它的運動控制
工業機器人的運動控制主要是實現點位運動（ PTP ） 和 連續路徑運動（C P ） 兩種。
6. 機器人控制演算法如何編寫
基於DSP運動控制器的5R工業機器人系統設計 摘要：以所設計的開放式5R關節型工業機器人為研究對象，分析了該機器人的結構設計。該機器人采 用基於工控PC及DSP運動控制器的分布式控制結構，具有開放性強、運算速度快等特點，對其工作原理 進行了詳細的說明。機器人的控制軟體採用基於Windows平台下的VC++實現，具有良好的人機交互 功能，對各組成模塊的作用進行了說明。所設計的開放式5R工業機器人系統，具有較好的實用性。 關鍵詞：開放式；關節型；工業機器人；控制軟體 0引言 工業機器人技術在現代工業生產自動化領域得到 了廣泛的應用，也對工程技術人員提出更高的要求，作 為機械工程及自動化專業的技術人才迫切需要掌握這 一 先進技術。為了能更好地加強技術人員對工業機器 人的技能實踐與技術掌握，需要開放性強的設備來滿 足要求。本文闡述了我們所開發設計的一種5R關節 型工業機器人系統，可以作為通用的工業機器人應用 於現場，也可作為教學培訓設備。 1 5R工業機器人操作機結構設計 關節型工業機器人由2個肩關節和1個肘關節進 行定位，由2個或3個腕關節進行定向，其中一個肩關節 繞鉛直軸旋轉，另一個肩關節實現俯仰，這兩個肩關節 軸線正交。肘關節平行於第二個肩關節軸線。這種構 型的機器人動作靈活、工作空間大，在作業空間內手臂 的干涉最小，結構緊湊，佔地面積小，關節上相對運動部 位容易密封防塵，但運動學復雜、運動學反解困難，控制 時計算量大。在工業用應用是一種通用型機器人¨。 1．1 5R工業機器人操作機結構 所設計的5R關節型機器人具有5個自由度，結構 簡圖如圖1所示。5個自由度分別是：肩部旋轉關節 J1、大臂旋轉關節J2、小臂旋轉關節J3、手腕仰俯運動 關節J4和在旋轉運動關節J5。總體設計思想為：選用 伺服電機(帶制動器)驅動，通過同步帶、輪系等機械機 構進行間接傳動。腕關節上設計有裝配手爪用法蘭， 通過不斷地更換手爪來實現不同的作業任務。 1．2 5R工業機器人參數 表1為設計的5R工業機器人參數。 2 5R工業機器人開放式控制系統 機器人控制技術對其性能的優良起著重大的作用。隨著機器人控制技術的發展，針對結構封閉的機 器人控制器的缺陷，開發「具有開發性結構的模塊化、 標准化機器人控制器」是當前機器人控制器發展的趨 勢]。為提高穩定性、可靠性和抗干擾性，採用「工業 PC+DSP運動控制器」的結構來實現機器人的控制：伺 服系統中伺服級計算機採用以信號處理器(DSP)為核 心的多軸運動控制器，藉助DSP高速信號處理能力與 運算能力，可同時控制多軸運動，實現復雜的控制演算法 並獲得優良的伺服性能。 2．1基於DSP的運動控制器MCT8000F8簡介 深圳摩信科技公司MCT8000F8運動控制器是基 於網路技術的開放式結構高性能DSP8軸運動控制器， 包括主控制板、介面板以及控制軟體等，具有開放式、 高速、高精度、網際在線控制、多軸同步控制、可重構 性、高集成度、高可靠性和安全性等特點，是新一代開 放式結構高性能可編程運動控制器。 圖2為DSP多軸運動控制器硬體原理圖。圖中增 量編碼器的A0(／A0)、B0(／B0)、c0(／CO)信號作為 位置反饋，運動控制器通過四倍頻、加減計數器得到實 際的位置，實際位置信息存在位置寄存器中，計算機可 以通過控制寄存器進行讀取。運動控制卡的目標位置 由計算機通過機器人運動軌跡規劃求得，通過內部計 算得到位置誤差值，再經過加減速控制和數字濾波後， 送到D／A轉換(DAC)、運算放大器、脈寬調制器 (PWM)硬體處理電路，轉化後輸出伺服電機的控制信 號或PWM信號。各個關節可以完成獨立伺服控制，能 夠實現線性插補控制、二軸圓弧插補控制。 2．2機器人控制系統結構及工作原理 基於PC的Windows操作系統，因其友好的人機界 面和廣泛的用戶基礎，而成為基於PC控制器的首選。 採用PC作為機器人控制器的主機系統的優點是：①成 本低；②具有開放性；③完備的軟體開發環境和豐富的 軟體資源；④良好的通訊功能。機器人控制結構上采 用了上、下兩級計算機系統完成對機器人的控制：上級 主控計算機負責整個系統管理，下級則實現對各個關 節的插補運算和伺服控制。這里通過採用一台工業 PC+DSP運動控制卡的結構來實現機器人控制。實驗 結果證明了採用Pc+DSP的計算結構可以充分利用 DSP運算的高速性，滿足機器人控制的實時需求，實現 較高的運動控制性能。 機器人伺服系統框圖如圖3所示。伺服系統由基 於DSP的運動控制器、伺服驅動器、伺服電動機及光電 編碼器組成。伺服系統包含三個反饋子系統：位置環、 速度環、電流環，其工作原理如下：執行元件為交流伺 服電動機，伺服驅動器為速度、電流閉環的功率驅動元 件，光電編碼器擔負著檢測伺服電機速度和位置的任 務。伺服級計算機的主要功能是接受控制級發出的各 種運動控制命令，根據位置給定信號及光電編碼器的 位置反饋信號，分時完成各關節的誤差計算、控制演算法 及D／A轉換、將速度給定信號加至伺服組件的控制端 子，完成對各關節的位置伺服控制。管理級計算機採用 586工控機(或便攜筆記本)，主要完成離線編程、模擬、 與控制級通訊、作業管理等功能；控制級計算機採用586 工控機，主要完成用戶程序編輯、用戶程序解釋，向下位 機運動控制器發機器人運動指令、實時監控、輸入輸出 控制(如列印)等。示教盒通過控制級計算機可以獲得 機器人伺服系統中的數據(脈沖、轉角)，並用於控制級 計算機控制軟體中實現對機器人的示教及控制。 3 5R工業機器人運動控制軟體設計 5R工業機器人控制軟體採用C++Builder編程， 最終軟體運行在Windows環境下。C++Builder對在 Windows平台下開發應用程序時所涉及到的圖形用戶 界面(GUI)編程具有很強的支持能力，提供了可視化 的開發環境，可以方便調用硬體廠商提供的底層函數， 直接對硬體進行操作，而且生成目標代碼效率高。 所設計的控制軟體為分級式模塊化結構。 管理級主模塊具有離線編程、圖形模擬、資料查詢 及故障診斷等功能，其結構如圖4所示。 (1)離線編程模塊利用計算機圖形學的成果，建立 機器人及其工作環境的模型，利用規劃演算法，通過對圖 形和對象的操作，編制各種運動控制，在離線情況下生 成工作程序。 (2)圖形模擬模塊可預先模擬結果，便於檢查及優 化。 (3)資料查詢模塊可以查閱當日工作及近期工作 記錄、相關資料(生產數量、班次等)，並可以列印輸出 存檔。 (4)故障診斷模塊可以實時故障診斷，以代碼形式顯 示出故障類型，並為技術人員排除故障提供幫助信息。 控制級主模塊軟體結構如圖5所示。 (1)復位模塊使得機器人停機時或動作異常時，通 過特定的操作或自動的方式，使機器人回到作業原點。 機器人在作業原點，機構的各運動副所受力矩最小，它 確定了機器人待機的安全位姿。 (2)系統提供兩種示教方法。第一種示教方法即 「下位機+示教盒」的示教方法：示教盒和下位機操作 界面上的手動操作開關分別對應著裝配機器人的各種 動作和功能。通過高、中、低速、點動等速度檔次的選 擇，對機器人進行大致的定位和精確的位置微調。並 存儲期望的運動軌跡上機器人的位置、姿態參數。第 二種方法即離線模擬的示教方法。這種示教方法是在 計算機上建立起機器人作業環境的模型，再在這個模 型的基礎上生成示教數據的一種應用人工智慧的示教 方法。進行示教時使用計算機圖示的方法分析機器人與作業模型的位置關系，也可以通過特定指令指定機 器人的運動位置…。 4結束語 所開發的開放式工業機器人系統具有以下特點： (1)採用分布式二級控制結構，運動控制由基於 DSP的運動控制器M'CT8000F8完成，增加了系統的開 放性，以及運行處理的快速性及可靠性。 (2)考慮到具有良好的通用性，可以作為通用機器 人使用，具有較好的產業化、商品化前景。 (3)計算機輔助軟體採用基於Windows平台的 c++編程，通過調用底層函數可以對硬體進行直接操 作，可視化環境可提供良好的人機交互操作界面。 通過本機器人系統的研究開發，可極大地滿足工 業現場對機器人的開放性要求，進一步提高我國工礦 企業自動化水平。同時，也可作為機器人技術訓練平 台，加強工程人員能力鍛煉。 [參考文獻] [1]馬香峰，等．工業機器人的操作機設計[M]．北京：冶金工 業出版社，1996． [2]吳振彪．工業機器人[M]．武漢：華中理工大學出版社， 2006． [3]蔡自興．機器人學[M]．北京：清華大學出版社，2003． [4]王天然，曲道奎．工業機器人控制系統的開放體系結構 [J]．機器人，2002，24(3)：256—261． [5]深圳摩信科技有限公司．MCT8000系列控制器使用手冊 [z]．深圳：深圳摩信科技有限公司，2001． [6]張興國．環保壓縮機裝配機器人的運動學分析[J]．南通 工學院學報，2004(1)：32—34，38． [7]張興國．計算機輔助環保壓縮機裝配機器人運動學分析 [J]．機械設計與製造，2005(3)：98—100， [8]本書編寫委員會編著．程序設計VisualC++6[M]．北京： 電子工業出版社，2000． [9]吳斌，等．OpenGL編程實例與技巧[M]．北京：人民郵電出 版社，1999． [10]江早．OpenGLVC／VB圖形編程[M】．北京：中國科學技 術出版社，2001． [11]韓軍，等．6R機器人運動學控制實驗系統的研製[J]．實 驗室研究與探索，2003(5)：103—104．