机器人的单关节位置控制器：光学编码器与测速发电机一起组成位置和速度反馈

现在市场上供应的工业机器人，其关节数为3～7个。Z典型的工业机器人具有6个关 节，存在6个自由度，带有夹手(通常称为手或末端执行装置)。辛辛那提-米拉克龙 T3 、 尤尼梅逊的PUMA 650 和斯坦福机械手都是具有6个关节的工业机器人，并分别由液压、 气压或电气传动装置驱动。其中，斯坦福机械手具有反馈控制，它的一个关节控制方框图 如图5-11所示。从图可见，它有个光学编码器，以便与测速发电机一起组成位置和速度反馈。这种工业机器人是一种定位装置，它的每个关节都有一个位置控制系统。

图5 - 11 斯坦福机械手的位置控制系统方框图

如果不存在路径约束，那么控制器只要知道夹手要经过路径上所有指定的转弯点就够 了。控制系统的输入是路径上所需要转弯点的笛卡儿坐标，这些坐标点可能通过两种方法 输入，即：

1)以数字形式输入系统。

2)以示教方式供给系统，然后进行坐标变换，即计算各指定转弯点处在笛卡儿坐标 系中的相应关节坐标[q₁,…,q₆] 。 计算方法与坐标点信号输入方式有关。

对于数字输人方式，对f-¹[q₁,…,q₆] 进行数字计算；对于示教输入方式，进行 模拟计算。其中，f-¹[qi,…,q₆] 为f[q₁,…,q₆] 的逆函数，而 f[q₁,…,q₆] 为含有 六个坐标数值的矢量函数。Z后，对机器人的关节坐标点逐点进行定位控制。假如允许 机器人依次只移动一个关节，而把其他关节锁住，那么每个关节控制器都很简单。如果 多个关节同时运动，那么各关节间力的互相作用会产生耦合，使控制系统变得复杂。

单关节控制器的传递函数

把机器人看做刚体结构。图5-12给出单个关节的电动机齿轮-负载联合装置示意图。