第5章工業(yè)機器人控制

工業(yè)機器人技術

TechnologyofIndustryRobots北京聯(lián)合大學BeijingUnionUniversity章節(jié)安排2023年2月4日2第一章緒論第二章工業(yè)機器人機械系統(tǒng)設計第三章工業(yè)機器人運動學第四章工業(yè)機器人靜力計算及動力學分析第五章工業(yè)機器人控制第六章工業(yè)機器人感覺系統(tǒng)第七章工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃與編程第八章工業(yè)機器人應用第五章工業(yè)機器人控制5.1機器人控制系統(tǒng)與控制方式5.2單關節(jié)機器人模型和控制5.3基于關節(jié)坐標的控制5.4基于作業(yè)空間的伺服控制5.5機器人末端操作器的力/力矩控制2023年2月4日35.1機器人控制系統(tǒng)與控制方式

機器人控制的基本目的告訴機器人要做什么;機器人接受命令，并形成作業(yè)的控制策略;保證正確完成作業(yè);

通報作業(yè)完成情況。

2023年2月4日4機器人的結構組成四大組成部分?執(zhí)行機構?驅(qū)動單元?控制系統(tǒng)?智能系統(tǒng)2023年2月4日5

執(zhí)行機構

執(zhí)行機構是機器人完成工作任務的機械實體一般為“機械手臂+末端操作器”

機械手臂manipulator：一般為由桿件機構和關節(jié)機構組成的空間開鏈機構常常進一步細分為機座腰部臂部肩和肘腕部

末端操作器end-effector

：按作業(yè)用途定（是機器人完成特定作業(yè)的關鍵裝置）2023年2月4日6

驅(qū)動單元

包括驅(qū)動器、運動件和傳動機構驅(qū)動器：電機（步進電機、伺服電機、DD電機）、氣缸、液壓缸、新型驅(qū)動器。傳動機構：諧波傳動、螺旋傳動、鏈傳動、帶傳動、繩傳動、各種齒輪傳動及液力傳動。運動件：機器人本體上的各運動體。2023年2月4日7

控制系統(tǒng)

一般由控制計算機、驅(qū)動裝置和伺服控制器（servocontroller）組成

控制計算機：根據(jù)作業(yè)要求接受編程發(fā)出指令控制協(xié)調(diào)運動并根據(jù)環(huán)境信息協(xié)調(diào)運動

伺服控制器：控制各關節(jié)的驅(qū)動器使其按一定的速度加速度和軌跡要求進行運動2023年2月4日8

智能系統(tǒng)

正在發(fā)展中智能機器人除運動機能外還有如下三種機能

感知機能：獲取外部環(huán)境信息以便進行自我行動決策和監(jiān)視的機能，視覺傳感器是當前發(fā)展的重點

思維機能：求解問題的認識推理和判斷機能——人工智能

人—機通信機能：理解指示命令輸出內(nèi)部狀態(tài)與人進行信息交換的機能2023年2月4日9機器人控制系統(tǒng)的特點典型的機器人有5至6個關節(jié)，每個關節(jié)由一個伺服系統(tǒng)控制，關節(jié)的運動要求各個伺服系統(tǒng)協(xié)同工作。機器人的工作任務是使末端執(zhí)行器進行空間點位運動或軌跡運動。對于機器人的運動控制，需要進行復雜的坐標變換運算以及矩陣函數(shù)的逆運算。機器人數(shù)學模型是多變量、非線性和變參數(shù)的復雜模型，各變量之間還存在著耦合，因此機器人的控制中常使用前饋、補償、解耦、自適應等復雜控制技術。較高級的機器人要求對環(huán)境條件、控制指令進行測定和分析，采用計算機建立龐大的信息庫，用人工智能的方法進行控制、決策、管理和操作，按照給定的要求自動選擇最佳控制規(guī)律。2023年2月4日1011機器人控制系統(tǒng)的功能(1)伺服控制功能：主要是指機器人的運動控制，實現(xiàn)機器人各關節(jié)的位置、速度、加速度等的控制。(2)運算功能：包括機器人運動學正問題和逆問題的運算；連續(xù)軌跡控制機器人的直角坐標軌跡插補和一些函數(shù)運算。在高速度、高精度的機器人控制系統(tǒng)當中，系統(tǒng)還要完成機器人動力學模型和復雜控制算法等運算功能。(3)系統(tǒng)的管理功能

①方便的人機交互功能。②具有對外部環(huán)境(包括作業(yè)條件)的檢測和感覺功能。⑤系統(tǒng)的監(jiān)控與故障診斷功能。2023年2月4日1112機器人控制方法的分類

根據(jù)不同的分類方法，機器人控制方式可以有不同的分類。下圖是一種常用的分類方法。從總體上，機器人的控制方式可以分為動作控制方式和示教控制方式。按照被控對象來分，可以分為位置控制、速度控制、加速度控制、力控制、力矩控制、力和位置混合控制等等。

無論是位置控制或速度控制，從伺服反饋信號的形式來看，又可以分為基于關節(jié)空間的伺服控制和基于作業(yè)空間(手部坐標)的伺服控制。2023年2月4日12132023年2月4日13142023年2月4日1415機器人控制系統(tǒng)的功能組成

記憶功能：存儲作業(yè)順序、運動路徑、運動方式、運動速度和與生產(chǎn)工藝有關的信息。

示教功能：離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教盒和導引示教兩種。

與外圍設備聯(lián)系功能：輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡接口、同步接口。

坐標設置功能：有關節(jié)、絕對、工具、用戶自定義四種坐標系。

人機接口：示教盒、操作面板、顯示屏。

傳感器接口：位置檢測、視覺、觸覺、力覺等

位置伺服功能：機器人多軸聯(lián)動、運動控制、速度和加速度控制、動態(tài)補償?shù)取?/p>

故障診斷安全保護功能：運行時系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護和故障自診斷。2023年2月4日1516

機器人控制系統(tǒng)的組成

（1）控制計算機

控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機構。一般為微型機、微處理器有32位、64位等，如奔騰系列CPU以及其他類型CPU；（2）示教盒

示教機器人的工作軌跡和參數(shù)設定，以及所有人機交互操作，擁有自己獨立的CPU以及存儲單元，與主計算機之間以串行通信方式實現(xiàn)信息交互；（3）操作面板

由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構成，只完成基本功能操作；（4）硬盤和軟盤存儲存儲機器人工作程序的外圍存儲器；（5）數(shù)字和模擬量輸入輸出

各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出；（6）打印機接口

記錄需要輸出的各種信息；（7）傳感器接口

用于信息的自動檢測，實現(xiàn)機器人柔順控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器；（8）軸控制器

完成機器人各關節(jié)位置、速度和加速度控制；（9）輔助設備控制

用于和機器人配合的輔助設備控制，如手爪變位器等；（10）通信接口

實現(xiàn)機器人和其他設備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等；（11）網(wǎng)絡接口。2023年2月4日1617

機器人控制系統(tǒng)框圖2023年2月4日1718

機器人的軌跡控制機械手由初始點(位置和姿態(tài))運動到終止點經(jīng)過的空間曲線稱為路徑。軌跡規(guī)劃方法一般是在機器人初始位置和目標位置之間用多項式函數(shù)來“內(nèi)插”或“逼近”給定的路徑，并產(chǎn)生一系列“控制設定點”。路徑端點一般是在笛卡兒坐標中給出的。如果需要某些位置的關節(jié)坐標，則可調(diào)用運動學逆問題求解程序，進行必要的轉(zhuǎn)換。在給定的兩端點之間，常有多條可能的軌跡。而軌跡控制就是控制機器人手端沿著一定的目標軌跡運動。因此，目標軌跡的給定方法和如何控制機器人手臂使之高精度地跟蹤目標軌跡的方法是軌跡控制的兩個主要內(nèi)容。給定目標軌跡的方式有示教再現(xiàn)方式和數(shù)控方式（離線編程）兩種。

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示教再現(xiàn)方式示教再現(xiàn)方式是在機器工作之前，讓機器人手端沿目標軌跡移動，同時將位置及速度等數(shù)據(jù)存入機器人控制計算機中。在機器人工作時再現(xiàn)所示教的動作，使手端沿目標軌跡運動。示教時使機器人手臂運動的方法有兩種：一種是用示教盒上的控制按鈕發(fā)出各種運動指令；另一種是操作者直接用手抓住機器人手部，使其手端按目標軌跡運動。軌跡記憶再現(xiàn)的方式有點位控制(PTP)和連續(xù)路徑控制(CP)。點位控制主要用于點焊作業(yè)、更換刀具或其他工具等情況。連續(xù)路徑控制主要用于弧焊、噴漆等作業(yè)。2023年2月4日1920

數(shù)控方式數(shù)控方式與數(shù)控機床的控制方式一樣，是把目標軌跡用數(shù)值數(shù)據(jù)的形式給出。這些數(shù)據(jù)是根據(jù)工作任務的需要設置的。無論是采用示教再現(xiàn)方式還是用數(shù)值方式，都需要生成點與點之間的目標軌跡。此種目標軌跡要根據(jù)不同的情況要求生成。但是也要遵循一些共同的原則。例如，生成的目標軌跡應是實際上能實現(xiàn)的平滑的軌跡；要保證位置、速度及加速度的連續(xù)性。保證手端軌跡、速度及加速度的連續(xù)性，是通過各關節(jié)變量的連續(xù)性實現(xiàn)的。2023年2月4日2021位置和力控制系統(tǒng)結構具有力反饋的控制系統(tǒng)如圖其工作過程為：機器人開始工作時，機器人手端(或安裝在手臂端部的工具)按指令要求沿目標軌跡和給定速度運動。當手端與環(huán)境接觸時，安裝在機器人上的接觸傳感器或力傳感器感覺到接觸的發(fā)生。機器人控制程序按新的自然約束和人工約束來執(zhí)行新的控制策略，即位置與力的混合控制。2023年2月4日215.2單關節(jié)機器人模型和控制機器人對關節(jié)驅(qū)動電機的主要要求歸納如下：①快速性。電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時間應短。②啟動轉(zhuǎn)矩慣量比大。③控制特性的連續(xù)性和直線性。④調(diào)速范圍寬。能使用于1:1000至1:10000的調(diào)速范圍。⑤體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。⑥能經(jīng)受得起苛刻的運行條件，可進行十分頻繁的正反向和加減速運行，并能在短時間內(nèi)承受過載。222023年2月4日22驅(qū)動電動機機器人關節(jié)驅(qū)動電動機的功率范圍一般為0.1~10kW。工業(yè)機器人驅(qū)動系統(tǒng)中所采用的電動機，可細分為以下幾種：①交流伺服電動機。包括同步型交流伺服電動機等。②直流伺服電動機。包括小慣量永磁直流伺服電動機、印制繞組直流伺服電動機、大慣量永磁直流伺服電動機、空心杯電樞直流伺服電動機。③步進電動機。包括永磁感應步進電動機。232023年2月4日23直流電機的結構及其工作原理直流電機由永磁鋼構成的定子、繞有線圈的轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)向器及電刷等構成。當電流通過電刷和轉(zhuǎn)向器流過線圈時產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場，這時轉(zhuǎn)子成為一個電磁鐵，在轉(zhuǎn)子與定子之間產(chǎn)生吸引力或推斥力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由電刷和轉(zhuǎn)向器來切換電流方向，使電機按同一方向旋轉(zhuǎn)并帶動負載做功。2023年2月4日24直流電機的特征

啟動轉(zhuǎn)矩大、體積小、質(zhì)量輕、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速容易控制及效率高等十分優(yōu)良的特性。但是，由于有電刷和換向器，在其壽命、噪聲等方面必然存在不足。為了克服這一缺點，開發(fā)研制出了無刷直流電機。在進行位置控制和速度控制時，需要使用轉(zhuǎn)速傳感器，實現(xiàn)位置、速度負反饋的閉環(huán)控制方式。2023年2月4日25

直流電機的基本特性由圖可知直流電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與電機電流成比例。當電機轉(zhuǎn)速為零時電流為最大值，同時產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩（啟動轉(zhuǎn)矩），隨著轉(zhuǎn)速的升高，線圈的反電動勢相應增大，電流逐漸減小，轉(zhuǎn)矩也隨之變小。2023年2月4日26直流電機的線性控制也可稱為電阻控制方式。在電機與電源之間插入晶體三極管，這個晶體三極管相當于一個可變電阻器，也就相當于控制了加于電機上的電壓，從而改變電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。晶體管工作于不飽和區(qū)，基本上與低頻功率放大器的電路結構相同2023年2月4日27直流電機的PWM控制

晶體三極管作為一個開關，使加到電機上電壓的ON與OFF的時間比（占空比，dutytatio）發(fā)生變化，從而控制電機電壓的平均值。由于三極管工作于飽和狀態(tài)，幾乎不消耗功率，因此PWM控制方式比較經(jīng)濟。但由于電機供電電壓處于開關狀態(tài)，因此會有噪聲、振動以及電刷、換向器損傷等問題。2023年2月4日28步進電機的分類

PM型(PermanentMagnet)VR型(VariableReluctance)HB型（HyBrid）2023年2月4日29PM型步進電機的工作原理轉(zhuǎn)子為圓筒形永磁鋼，定子位于轉(zhuǎn)子的外側(cè)。定子線圈中流過電流時產(chǎn)生定子磁場。定子和轉(zhuǎn)子磁場間相互作用，產(chǎn)生吸引力或排斥力從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。步距角為90°或45°。

2023年2月4日30VR型步進電機的工作原理轉(zhuǎn)子由齒輪狀的低碳鋼構成。轉(zhuǎn)子在通電相定子磁場的作用下，旋轉(zhuǎn)到磁阻為最小的位置。通常使用的步距角為0.9°、1.8°及3.6°等。2023年2月4日31HB型步進電機的工作原理是VR型和PM型的復合型步進電機，能獲得與VR型相同的很小的步距角。因具有較大轉(zhuǎn)矩而得到廣泛應用2023年2月4日32步進電機的轉(zhuǎn)矩特性2023年2月4日33步進電機驅(qū)動電路單極型驅(qū)動方式和雙極型驅(qū)動方式兩類。單極型驅(qū)動方式為標準驅(qū)動方式，電路構成較為簡單。雙極型驅(qū)動方式與單極型驅(qū)動方式相比，可以產(chǎn)生2倍的轉(zhuǎn)矩，但驅(qū)動電路比較復雜。應根據(jù)控制對象的不同，適當選擇不同的驅(qū)動方式。2023年2月4日34單極型驅(qū)動方式定子線圈中流過電流進行磁場切換時，線圈的中點與兩端點之間，無論哪一邊都只流過一個方向的電流2023年2月4日35雙極型驅(qū)動方式定子線圈的中點不接線。定子線圈中通過電流進行磁場切換時，線圈兩端所加電壓作正、負切換，從而使線圈中電流方向改變。與單極型驅(qū)動方式相比，可以產(chǎn)生2倍的轉(zhuǎn)矩，因此電機效率較高2023年2月4日36交流電機驅(qū)動器

感應電機（inductionmotor）同步電機（synchronousmotor）無刷直流電機（brushlessDCmotor）2023年2月4日37感應電機（inductionmotor）感應電機的定子和轉(zhuǎn)子均由鐵心線圈構成，可分為單相電機或三相電機。轉(zhuǎn)子鐵心是硅鋼片疊壓而制成，由定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。定子線圈稱為一次線圈，轉(zhuǎn)子線圈稱為二次線圈。由于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量輕、慣性小，因此響應速度非?？臁?023年2月4日38同步電機（synchronousmotor）同步電機的轉(zhuǎn)子由永久磁鋼成磁極，定子與感應電機一樣由鐵心線圈構成，可分為單相同步電機和三相同步電機兩種。這種永磁同步電機可以做得很小，因此響應速度很快，其主要應用于中功率以下的工業(yè)機器人中2023年2月4日39無刷直流電機霍爾元件或旋轉(zhuǎn)編碼器等構成的位置傳感器和逆變器（inverter）取代了直流電機的電刷和換向器部分。無刷直流電機具有與普通直流電機相同的特性，并且不需要維護，噪聲小。由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，所以快速響應性能好。轉(zhuǎn)子磁極采用永久磁鋼，沒有勵磁損耗，提高了電機的工作效率。2023年2月4日40無刷直流電機的控制電路

由霍爾元件和晶體三極管構成的逆變器電路。其中轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由霍爾元件控制三極管導通，按順序反復給線圈勵磁，使電機旋轉(zhuǎn)。2023年2月4日41液壓驅(qū)動器液壓缸

液壓馬達2023年2月4日42液壓缸工作原理

高壓油從A口進入缸體內(nèi)并推動活塞，排油側(cè)的油通過B口排出，這樣在活塞兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，使活塞向前移動；如果從B口供油，從A口排油，則活塞將向相反方向移動。2023年2月4日43液壓馬達（徑向活塞式）

工作時，各活塞和曲軸通過連桿連接起來，與曲軸連接的旋轉(zhuǎn)閥門把從A口進入的壓力油依次共給各個活塞，受液壓驅(qū)動的活塞推動曲軸產(chǎn)生力矩；另一側(cè)的B口為排油口，如果從B口供油，則液壓馬達向相反方向旋轉(zhuǎn)，此時A口變?yōu)榕庞涂凇?023年2月4日44擺動式液壓馬達由兩個在機殼內(nèi)滑動的葉片、與葉片固聯(lián)的軸及兩塊靴狀瓦等構成。當從A口供油時，通過轉(zhuǎn)軸上的通路也同時向另一側(cè)的腔內(nèi)供油，排油腔內(nèi)的油由B口排出，這時液壓馬達向順時針方向旋轉(zhuǎn)。當葉片碰到制動器時，液壓馬達停止轉(zhuǎn)動；當從B口供油時，A口為排油口，液壓馬達則逆時針旋轉(zhuǎn)。2023年2月4日45氣動驅(qū)動器

氣缸

氣馬達

兩種方式：(1)氣缸內(nèi)供給壓縮空氣，使活塞做往復運動，由活塞桿將動力傳出，帶動機械做功。(2)向機體的封閉腔內(nèi)供給壓縮空氣，帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，從而獲得旋轉(zhuǎn)運動。2023年2月4日46單向驅(qū)動氣缸

從A口供給壓縮空氣，推動活塞前進，使活塞桿上產(chǎn)生推力；當停止供給壓縮空氣后，依靠內(nèi)部安裝的彈簧力使活塞復位。2023年2月4日47雙向驅(qū)動氣缸

從A口供給壓縮空氣，推動活塞移動，排氣室的壓縮空氣從B口排出。從而使活塞桿上產(chǎn)生推力，向前運動。若從B口供給壓縮空氣，從A口排出空氣，則使活塞向后移動。2023年2月4日48徑向活塞式氣動馬達

工作時，各活塞與曲軸由連桿連接，與轉(zhuǎn)軸為一體的旋轉(zhuǎn)閥門把從A口進入的壓縮空氣一次供給各活塞；由壓縮空氣驅(qū)動的活塞推動曲軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，另一側(cè)的B口作為排氣口；若從B口供給壓縮空氣，則氣動馬達反向旋轉(zhuǎn)，此時A口變?yōu)榕艢饪凇?023年2月4日49擺動氣動執(zhí)行裝置（葉片式）

在機殼內(nèi)側(cè)滑動的葉片、與葉輪相連的軸及限位器等構成。工作時，從A口供給壓縮空氣，推動葉片轉(zhuǎn)動，在軸上產(chǎn)生力矩，排氣室的壓縮空氣從B口排出，轉(zhuǎn)軸向順時針方向旋轉(zhuǎn)，葉輪碰到限位器后停止；若從B口供給壓縮空氣，則氣動馬達向逆時針方向旋轉(zhuǎn)2023年2月4日50擺動氣動執(zhí)行裝置（齒條齒輪式）

由氣缸、在缸體內(nèi)滑動的兩個活塞、位于兩活塞之間的齒條及轉(zhuǎn)軸等構成。工作時，從A口供給壓縮空氣，推動活塞A，通過齒條齒輪副在齒輪軸上產(chǎn)生力矩，排氣室的壓縮空氣從B口排出，轉(zhuǎn)軸順時針方向旋轉(zhuǎn)，當活塞B碰到端蓋停止時，轉(zhuǎn)軸也停止轉(zhuǎn)動；若從B口供給壓縮空氣，則轉(zhuǎn)軸向逆時針方向旋轉(zhuǎn)。2023年2月4日51新型的驅(qū)動器

超聲波驅(qū)動器磁致伸縮驅(qū)動器形狀記憶金屬驅(qū)動器靜電驅(qū)動器2023年2月4日52超聲波驅(qū)動器通過超聲波使壓電體振動，在定子表面產(chǎn)生行波，驅(qū)動與它接觸的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而得到力矩的電機。這種電機不需要減速機構就能夠得到大的轉(zhuǎn)矩、在電源關斷的狀態(tài)下也有保持力、響應速度快、能夠進行高精度的速度控制和位置控制、無噪音、無磁場產(chǎn)生、體積小、重量輕。2023年2月4日53超聲波電機的結構示意

由與壓電體連接的定子和與定子表面加壓接觸的轉(zhuǎn)子構成。2023年2月4日54超聲波電機的原理

施加與壓電體相位不同的大于20kHz的交流電壓，產(chǎn)生超聲波的振動，與壓電體連接的金屬是彈性體，它隨著超聲波的振動而變形。這種變形是彈性體表面的起伏向一個方向連續(xù)的行進，使彈性體的表面形成行波。在彈性體表面形成的行波的各頂點與轉(zhuǎn)子接觸的同時按橢圓曲線運動。轉(zhuǎn)子隨著橢圓形的運動，向與定子表面產(chǎn)生的行波的反方向轉(zhuǎn)動。2023年2月4日55磁致伸縮驅(qū)動

鐵磁材料和亞鐵磁材料由于磁化狀態(tài)的改變，其長度和體積都要發(fā)生微小的變化，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮。研究發(fā)現(xiàn)，TbFe2、SmFe2、DyFe2、HoFe2、TbDyFe2（鋱鐵、釤鐵、鏑鐵、鈥鐵、鋱鏑鐵）等稀土－鐵系化合物不僅磁致伸縮值高，而且居里點高于室溫，室溫磁致伸縮值為1000～2500×10-6，是傳統(tǒng)磁致伸縮材料如鐵、鎳等的10～100倍，這類材料被稱為稀土超磁致伸縮材料，已經(jīng)用于制造微型電機。2023年2月4日56形狀記憶金屬是一種專利合金，在達到特定溫度時縮短大約4％。通過改變合金的成分可以設計合金的轉(zhuǎn)變溫度，但標準樣品都將溫度設在90?C左右。這種線的主要缺點在于它的總應變僅發(fā)生在一個很小的溫度范圍內(nèi)，因此除了在開關情況下以外，要精確控制它的拉力很困難，同時也很難控制位移。

2023年2月4日57靜電驅(qū)動器在圖（b）中，表示了當把電壓施加到定子的電極上時，在移動子中會感應出極性與其相反的電荷來；在圖（c）中，當外加電壓變化時，因為移動子上的電荷不能立即變化，所以由于電極的作用，移動子會受到右上方向的合力作用，驅(qū)動其向右方移動。反復進行上述操作，移動子就會連續(xù)地向右方移動。2023年2月4日585.3基于關節(jié)坐標的控制軟硬件協(xié)同設計具體實現(xiàn)人機界面這些功能與運動控制沒有直接關系，絕大多數(shù)使用軟件來實現(xiàn)。邏輯處理機器人控制器中的PLC功能相對簡單，一般使用CPU來實現(xiàn)。2023年2月4日59軟硬件協(xié)同設計具體實現(xiàn)運動控制及伺服處理粗插補將由CPU負責，而細插補理所當然由硬件來實現(xiàn)。伺服算法部分由CPU實現(xiàn)，信號檢測等由硬件實現(xiàn)。輔助控制幾乎與硬件沒有任何關系，所以用CPU來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)處理幾乎與硬件沒有任何關系，所以用CPU來實現(xiàn)。2023年2月4日60機器人基本插補類型直線：必須支持圓?。罕仨氈С诌B續(xù)小線段：最好支持宏指令編程：最好支持專用曲線：根據(jù)需要NURBS曲線：終極要求2023年2月4日61

機器人插補技術插補器是機器人控制系統(tǒng)最核心的組件模塊。插補器算法分為兩個主要組成部分。軌跡插補算法和插補速度控制算法。軌跡插補算法用于確定機器人末端運動的軌跡。加減速控制算法用于確定機器人末端運動的速度。2023年2月4日62

插補技術難點復雜曲線的計算，如NURBS曲線。加減速控制，基本要求速度連續(xù)，最好加速度連續(xù)，終極要求加加速度連續(xù)，原因：驅(qū)動的三閉環(huán)中最內(nèi)環(huán)是電流環(huán)或者叫做力矩環(huán)，該環(huán)直接影響的是加速度。誤差控制，插補概念本身就涉及誤差，一方面要盡量縮小誤差，另一方面要提高工作效率。插補段之間的圓滑過渡（PL），在適當放棄精度的前提下保證速度連續(xù)，需要前瞻技術配合。機械間隙、變形等的補償。2023年2月4日63NURBS曲線——非均勻有理B樣條NURBS（Non-UniformRationalB-Spline，非均勻有理B樣條）曲線、曲面。

最核心的問題是B樣條基函數(shù)的求解。基本的方法是通過迭代算法直接求解，計算量較大。另一種是基于Cox-deBoor算法的插補算法，該算法可避免迭代求解B樣條基函數(shù)，因此可極大的簡化插補求解過程。2023年2月4日64