机器人舵机控制原理详解

1、 机器人用电机舵机程序控制原理及其机械原理伺服马达内部结

构

伺服马达内部包括了一个小型直流马达；一组变速齿轮组；一个反馈可调电位器；及一块电子控制板。其中，高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低

伺服马达内部结构图

2、伺服马达的工作原理

伺服马达是一个典型闭环反馈系统，其原理可由下图表示：

伺服马达工作原理图

减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服马达精确定位的目的。

3、如何控制伺服马达

标准的微型伺服马达有三条控制线，分别为：电源、地及控制。电源线与地线用于提供内部的直流马达及控制线路所需的能源，电压通常介于4V—6V之间，该电源应尽可能与处理系统的电源隔离（因为伺服马达会产生噪音）。甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大器的电压，所以整个系统的电源供应的比例必须合

本人学习了一段时间的舵机，将自己所遇到的问题与解决方案和大家分享一下，希望对初学者有所帮助！！！！ 一、 舵机介绍

1、舵机结构

舵机简单的说就是集成了直流电机、电机控制器和减速器等，并封装在一个便于安装的 外壳里的伺服单元。

舵机安装了一个电位器（或其它角度传感器）检测输出轴转动角度，控制板根据电位器 的信息能比较精确的控制和保持输出轴的角度。这样的直流电机控制方式叫闭环控制，所以舵机更准确的说是伺服马达，英文 servo。 舵机组成：舵盘、减速齿轮、位置反馈电位计、直流电机、控制电路板等。

舵盘

上壳

齿轮组

中壳

电机

控制电路

控制线

下壳

工作原理：控制信号 控制电路板 电机转动 齿轮组减速 舵盘转动 位置反馈电位器 控制电路板反馈

简单的工作原理是控制电路接收信号源的控制信号，并驱动电机转动；齿轮组将电 机的速度成大倍数缩小，并将电机的输出扭矩放大响应倍数，然后输出；电位器和齿轮组的 末级一起转动，测量舵机轴转动角度；电路板检测并根据电位器判断舵机转动角度，然后控 制舵机转动到目标角度或保持在目标角度。

舵机接线方法：三线接线法：（1）黑线（地线）

实验（5）机器人控制实验

一、实验目的：

1） 理解机器人控制的相关概念；

2） 对构建的机器人进行动力学控制分析； 3） 能够使用simulink构建机器人控制仿真模型。

二、机器人动力学方程

状态空间方程

? 当用牛顿-欧拉方程对操作臂进行分析时，动力学方程可以写成

?)是离心力和哥氏力矢量，G(q)为重力矢量。 ? 其中M(q)为质量矩阵，C(q,q? 前向动力学

三、机器人关节控制

Puma560机器人肩关节的参数

图1基于速度反馈的机器人关节控制的simulink模型 图2速度控制环 说明： 图2的速度控制环是图1中Vloop模块的对应内部构造。也就是图2mask后成为Vloop模块。创建方法见实验4。 仿真参数如下：

Vloop参数设置

signal generation 参数设置

四、机器人前馈控制

其中，Kp和Kv是位置增益和速度增益。

如果对非线性动力学进行线性化，而且线性化是理想的，那么可得，

e?q*?q

图3 前馈动力学的控制结构

五、机器人基于计算力矩控制

图4 计算动力学的控制结构

六、实验内容

（1）用simulink建立如下图所示的机器人仿真模型，机器人模型为puma560，可以直接使用机器人库提供

ABB机器人RAPID常用指令详解-中文

1.88.MoveAbsJ—把机器人移动到绝对轴位置

用途：

MoveAbsJ（绝对关节移动）用来把机器人或者外部轴移动到一个绝对位置，该位置在轴定位中定义。

使用实例：

??终点是一个单一点

??对于 IR6400C中的不明确的位置，例如携带超过机器人范围的工具运动。

MoveAbsJ 指令中机器人的最终位置，既不受工具或者工作对象的影响，也不受激活程序更换的影响。但是

机器人要用到这些数据来计算负载、TCP速度和转角点。相同的工具可以被用在相邻的运动指令中。

机器人和外部轴沿着一个非直线的路径移动到目标位置。所有轴在同一时间运动到目标位置。 该指令只能被用在主任务T_ROB1中，或者在多运动系统中的运动任务中。 基本范例：

该指令的基本范例说明如下。 也可参看第207 页更多范例。

例1 MoveAbsJ p50, v1000, z50, tool2;

机器人将携带工具tool2 沿着一个非线性路径到绝对轴位置p50，以速度数据v1000和zone数据z50。 例2 MoveAbsJ *, v1000\\T:=5, fine, grip3;

机器人将携带工具grip3 沿着一个非线性路径到一个停止

ABB机器人RAPID常用指令详解-中文

1.88.MoveAbsJ—把机器人移动到绝对轴位置

用途：

MoveAbsJ（绝对关节移动）用来把机器人或者外部轴移动到一个绝对位置，该位置在轴定位中定义。

使用实例：

??终点是一个单一点

??对于 IR6400C中的不明确的位置，例如携带超过机器人范围的工具运动。

MoveAbsJ 指令中机器人的最终位置，既不受工具或者工作对象的影响，也不受激活程序更换的影响。但是

机器人要用到这些数据来计算负载、TCP速度和转角点。相同的工具可以被用在相邻的运动指令中。

机器人和外部轴沿着一个非直线的路径移动到目标位置。所有轴在同一时间运动到目标位置。 该指令只能被用在主任务T_ROB1中，或者在多运动系统中的运动任务中。 基本范例：

该指令的基本范例说明如下。 也可参看第207 页更多范例。

例1 MoveAbsJ p50, v1000, z50, tool2;

机器人将携带工具tool2 沿着一个非线性路径到绝对轴位置p50，以速度数据v1000和zone数据z50。 例2 MoveAbsJ *, v1000\\T:=5, fine, grip3;

机器人将携带工具grip3 沿着一个非线性路径到一个停止

工业机器人原理与应用报告人：庄鹏2006年11月25日

主要内容1. 机器人的发展概况 2. 机器人的定义 3. 国际上的主要机器人生产厂家 4. 机器人的应用领域 5. 机器人的分类 6. 机器人系统的基本结构 7. 机器人的技术参数 8. 机器人运动学 9. 机器人动力学 10. 机器人的控制

第一部分—机器人的发展概况“机器人”一词的由 来1920年，捷克剧作家卡里洛·奇别克在其科幻剧本 《罗萨姆万能机器人制造公司》(Rossum’s Universal Robots)首次使用了ROBOT这个名词，意思是“人造的 人”。现在已被人们作为机器人的专用名词。

机器人的发展概况第一代机器人 19世纪50、60年代，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人 进入了实用阶段。1954年美国的G. C. Devol发表了“通用机器人” 专利；1960年美国AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人，可进 行点位和轨迹控制，这是世界上第一种应用于工业生产的机器人。 70年代，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智 能技术的发展，机器人也得到了迅速的发展。1974年Cincinnati Milacron公司成功开发了多关节机器人；1979

文档介绍了机器人三原则以及机器人定义,更重要的展示人员机器人对应关系,方便我们直观认识到机器人相关知识。

机器人常识

机器人的定义

机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器

机器人构成 机器人的能量 人需要从吃的食物中吸收能量，而机器人却只吃“电能”。因此，一般的机器人都是使用可充电电池。 机器人的大脑 机器人和人一样需要有大脑来控制机器人的动作。就像电脑中的CPU一机器人三原则

1. 机器人不应伤害人类；

2. 机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；

3. 机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。

样，在机器人身上也有它自己的CPU，在这里我们称为微控制器。 别看芯片小，它可是在机器人中控制所有动作的关键。它收集周围环境的信息，并根据收集到的环境情况向执行机构发出命令，驱动机器人完成各种功能。 机器人的身体结构 我们要让机器人平稳地行走，还要设计它的身体结构，也就是机械结构。生活中有很多机器都有很巧妙的机械结构，比如脚一踩，自行车轮子就能

转起来；又如飞机正是模仿了鸟的流线形的身体结构，才能以庞大的身躯在天上飞而不掉下

工业机器人技术发展现状

摘要：随着工业机器人的快速发展，其在汽车制造、机械加工、焊接、上下料、磨削抛光、搬运码垛、装配、喷涂等作业中得到越来越多的应用。本文通过分析国内外工业机器人技术和产业现状，了解了近代工业机器人的发展趋势；并以ABB公司为例，通过介绍其第7代新型工业机器人产品——IRB6700系列，对当代工业机器人的发展进行了了解。

关键词：工业机器人、现状、ABB、IRB6700系列

0．前言：

工业机器人是综合了计算机科学技术、机械工程技术、电子工程技术、信息传感器技术、控制理论、机构学、人工智能学、仿生学等多学科而形成的高新技术。在国外工业机器人技术日趋成熟，其已经成为一种标准设备而在工业自动化行业广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的工业机器人公司，工业机器人技术的发展水平也成为一个国家工业自动化水平的重要标志。

1．国内外工业机器人技术与产业现状

1.1国外机器人技术与产业现状

自从20世纪60年代开始，经过近六十年的迅速发展，随着对产品加工精度要求的提高，关键工艺生产环节逐步由工业机器人代替工人操作，再加上各国对工人工作环境的严格要求，高危、有毒等恶劣条件的工作逐渐由机器人进行替代作业，从而增加了对工业机器

安徽

毕 业 设 计 （论 文）

课 题： 足球机器人的控制系统设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 07城建机械3班 学生姓名： 蒋严 学 号： 07290070325 指导教师： 李辉

2011年6月8日

安徽建筑工业学院本科毕业设计（论文）

摘要

本文主要介绍了对遥轮足球机器人运动控制算法的研究。首先，本文建立了四轮全向足球机器人运动学和动力学模型。通过对机器人运动学和动力学模型的分析，对其控制方程进行合理简化，提出了四轮全向足球机器人的运动控制算法。该算法可以对机器人同时完成或位置控制和速度控制，并且控制时间最优。该算法分为两个部分：机器人速度轨迹生成算法和机器人速度轨迹跟

机器人结构及控制电路

（一）结构和组成

1、机械部分：?足式 ?履带式 ?轮式 2、传感器：?红外测距传感器 ?色差传感器

（一般用于机

器人寻迹） ?温度探测器（用于检 测主板温度和电机温度，便于提高系统性能的稳定性）

3、控制器：大部分机器人均用自动控制装置，一般采用8位单片机，辅助以外部电路。

4、驱动源：?电源部分：一般用容量较大的锂电池，但也用铅蓄电池和干电池。?电机部分：一般选用连续轨迹的伺服电机，但也有步进电机。

（二）控制电路（主要是以类似于触角式机器人为例）

1、控制器的类型

① 串型处理结构：一般有单CPU结构、集中控制方式和两级CPU结构、主从式控制方式及多CPU结构、分布式控制方式。（注：触角式属于单CPU控制结构）

② 并行处理结构：开发机器人控制专用超大规模集成电路（VLSI）和利用有并行处理能力的芯片式计算机（如Transputer、DSP)构成并行处理网络及利用通用的微处理器。 2、三种机器人控制器的比较【注：单片机亦称微型电脑或单片微型计算机，国际上称为微控制器，就是将中央处理单

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元（CPU）、程序存储器(ROM)、数据存储器（RAM)及输入输出（I\\O）端口等部件集成在一片大规模或超大规模集成