自动控制原理课设——《机器人手臂控制系统设计》(报告+mainc仿真)
MANUTEC机器人具有很大的惯性和较长的手臂，其实物如图1所示。控制精度对机械手臂的功能性有很大影响,想要完成空间里物体的捡拾要求,必须要对手臂的各个结构进行精确的控制,以保证手臂的各个位置与最初的设计位置相同,进而提高工作任务完成的精确程度。机械手臂的实际运动位置需要通过计算机进行空间计算获得,计算机会根据预期的目标位置计算出各个关节的旋转角度,并通过电信号的持续时间来控制不同关节的旋转角度,再通过传感器的信号反馈将数据反馈给微处理器进行验证，从而完成对机械手臂运动的控制。针对关节一体化机器人手臂低速运动下电机控制机械手臂旋转角度的问题，根据图1所示机器人手臂控制系统的结构图建立系统的数学模型，并对该模型各项性能进行分析，判断系统是否满足性能指标要求，如不满足则采用合适的方法对该系统进行校正，以满足性能指标要求。工业机器人工作原理
工业机器人是现代制造非常常用的自动化核心机械，常用也叫做机械手臂，工业机械手，机械臂，机器人手臂，机械人手等等。现在广泛使用的工业机器人，其基本工作原理是示教运行：
示教也称为引导，即用户根据实际任务引导机器人并逐步进行操作；
机器人会自动记住在引导过程中的每个动作的位置，姿势，运动参数和过程参数，并自动生成一个连续执行所有操作的程序；
完成示教后，只需向机器人发出启动命令，机器人便会准确地按照示教动作逐步完成所有操作；
以上即是工业机器人工作原理，下面海智机器人详细讲讲工业机器人执行机构的组成，运动方式，工业机器人工作原理组成。
机械手臂轨迹运动：机器人机械手末端轨迹从起点位置和姿态到终点位置和姿态的空间曲线称为路径。
轨迹规划的任务是使用一个函数来“插值”或“近似”给定的路径，并沿时间轴生成一系列“控制设定点”，用于控制机械手的运动。目前，常用的轨迹规划方法有两种：空间联合插值和笛卡尔空间运动。
机器人手臂执行机构的组成：
手腕部：连接手和手臂的部件主要用于调整抓取物体的方向。
手臂部：它是支撑被抓取物体、的、手腕的重要部分。通过与驱动装置配合，可以实现各种动作。
手部：与待操作物体接触的部件包括夹紧手和吸附手。夹紧手由手指或爪子和传力机构组成，传力机构有多种类型，如滑槽杆、连杆杆、斜面杆、齿条齿轮、丝杠螺母弹簧型和重力型。
机器人机械手位置检测设备：位置检测装置主要由传感器组成，控制系统可以通过传感器反馈的信息实现机械臂各自由度的运动模式，从而形成稳定的闭环控制。
工业机器人驱动系统：驱动系统是驱动执行机构运动的动力源。它由电厂、调节装置和辅助装置组成。一般来说，有液压驱动、气动驱动和电机驱动，机器人机械手的控制当给出机器人机械手的动态运动方程时，其控制目的是保持机械手的动态响应符合预定的性能要求。然而，由于机器人操作臂的惯性力、耦合反作用力和重力载荷随着运动空间的变化而变化，因此对其进行高精度、高速度和高动态品质的控制相当复杂和困难。
机器人系统的结构通用工业机器人按其功能划分，通常由三个相互连接的部分组成：机械手组件，控制器和教学系统。机械手组件是机器人的减速机，由驱动器，传动机构，机械手，关节，端部机械手和内部传感器组成。它的任务是准确地确保末端操纵器所需的位置，姿势和运动。
目前，工业机器人采用的控制方法是将机器人的每个关节视为一个单一的伺服机构，即将一个非线性、关节间耦合的变载荷系统简化为一个线性非耦合的独立系统。
控制器是机器人的神经中枢。它由计算机硬件，软件和一些特殊电路组成。它的软件包括控制器系统软件，机器人专用语言，机器人运动学，动力学软件，机器人控制软件，机器人自我诊断，白色保护功能软件等。它处理机器人工作中的所有信息并控制其所有动作。
机械手臂工作原理：
机械臂的主执行机构、驱动系统、控制系统、和位置检测装置。在可编程控制器程序控制的情况下，控制系统发出指令，通过驱动系统，手臂可以实现举升、拉伸、和旋转等动作。
工业机器人运动原理：机器人手臂是由几个带有旋转或移动关节的刚性杆连接而成，这是一个开环关节链。开链的一端固定连接在底座上，另一端自由安装有末端执行器(如焊枪)。当机器人操作时，机器人手臂前端的末端执行器必须与待加工的工件处于合适的位置和姿态，这些位置和姿态由几个手臂关节的运动合成。因此，在机器人运动控制中，需要知道机械手关节变量空间与末端执行器位置和姿态之间的关系，这就是机器人运动学模型。在确定了机器人手臂的几何结构后，就可以确定其运动学模型，这是机器人运动控制的基础。
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（文章来源：东莞朝洪机器人）
一、机器人的基本工作原理，现在广泛应用的工业机器人都属于第一代机器人，它的基本工作原理是示教再现，如图1-1所示。
示教也称为导引，即由用户引导机器人，一步步将实际任务操作一遍，机器人在引导过程中自动记忆示教的每个动作的位置、姿态、运动参数、工艺参数等，并自动生成一个连续执行全部操作的程序。完成示教后，只需给机器人一个启动命令，机器人将精确地按示教动作，一步步完成全部操作，这就是示教与再现。
（1）机器人手臂的运动，机器人的机械臂是由数个刚性杆体和旋转或移动的关节连接而成，是一个开环关节链，开链的一端固接在基座上，另一端是自由的安装着末端执行器（如焊枪），在机器人操作时，机器人手臂前端的末端执行器必须与被加工工件处于相适应的位置和姿态，而这些位置和姿态是由若干个臂关节的运动合成的。
因此，机器人运动控制中，必须要知道机械臂各关节变量空间和末端执行器的位置和姿态之间的关系，这就是机器人运动学模型。一台机器人机械臂的几何结构确定后，其运动学模型即可确定，这是机器人运动控制的基础。
（2）机器人轨迹规划，机器人机械手端部从起点的位置和姿态到终点的位置以及姿态的运动轨迹空间曲线叫做路径。轨迹规划的任务是用一种函数来“内插”或“逼近”给定的路径，并沿时间轴产生一系列“控制设定点”，用于控制机械手运动。目前常用的轨迹规划方法有空间关节插值法和笛卡尔空间规划两种方法。
（3）机器人机械手的控制，当一台机器人机械手的动态运动方程已给定，它的控制目的就是按预定性能要求保持机械手的动态响应。但是，由于机器人机械手的惯性力、耦合反应力和重力负载都随运动空间的变化而变化，因此要对它进行高精度、高速度、高动态品质的控制是相当复杂且困难的。目前工业机器人上采用的控制方法是把机械手上每一个关节都当做一个单独的伺服机构，即把一个非线性的、关节间耦合的变负载系统，简化为线性的非耦合单独系统。