协作机器人的控制方案.pdf

简介：
本文档探讨了协作机器人控制系统的设计与实现，涵盖了人机交互、安全机制及编程界面等方面，旨在提高工作效率和灵活性。 协作机器人的一个显著特点是力矩感知、控制与限制能力。机器人能够检测到外部微小的力变化并作出反应以避免碰撞。在某些情况下，力矩传感器被安装于电机减速箱后部来直接测量快速增加的外力；而在其他情况中，机器人则需要输出一定扭矩去提升负载，并将其从一个位置移动至另一个。 当机器人的运动过程中检测到异常扭矩增加值（如发生碰撞），它会自动停止。此外，在接触物体或人员时，机器人可以切换工作模式：由非柔性的全速循环同步位置或者速度模式转换为力矩模式下的柔性控制模式。在这一模式下，人们可以用手轻松推开机械臂。 示教模式是另一个重要功能，操作员通过手动移动机器手臂至预定位置来设定路径点，控制器会记录这些数据以便在正常运行时再现所设轨迹。系统中的每个驱动器都能支持高速、高加减速下的工作以及低速精度要求的任务，并且能保证极高的精确度和准确性。 一个关键特性是将驱动单元直接安装于机器人关节处，这不仅减少了电缆长度与干扰影响，还降低了EMI（电磁干扰）及RFI（射频干扰），从而提高系统稳定性。Elmo的配置工具EASII软件可以帮助用户优化网络中的每个轴，并实现最佳伺服性能。 在双闭环控制算法的支持下，减速机后的关节末端位置精度得到了提升；增量式编码器和霍尔元件作为速度环反馈置于减速箱前端，而19位高分辨率绝对值编码器则用于负载末端的位置反馈。此外，Elmo还提供了PCB插针安装驱动器及接口转接板以方便客户连接EtherCAT总线、I/O与编码器。 P-MAS是控制整个系统的高级多轴运动控制器，它可以通过实时串行EtherCAT总线在250微秒内同步16个轴。P-MAS支持多种机器人的运动学功能，并且为用户预留了编写特定运动转换方程的接口，使得它可以适应各种高端机器人应用。 此外，在示教模式下伺服驱动器运行于同步循环力矩模式中，除了目标力矩命令外还输出额外补偿扭矩以克服重力和动力学阻力因素。这确保在拖拽过程中平滑移动，并记录关键位置点以便工作时复现路径。