隨著爬壁機(jī)器人在特種行業(yè)中的應(yīng)用，很多人對(duì)于爬壁機(jī)器人的控制系統(tǒng)有著很多的疑問，控制系統(tǒng)是爬壁機(jī)器人的重要組成部分，它的作用相當(dāng)于人腦，擁有一個(gè)功能完善、靈敏可靠的控制系統(tǒng)是爬壁機(jī)器人與設(shè)備協(xié)調(diào)動(dòng)作、共同完成作業(yè)任務(wù)的關(guān)鍵。爬壁機(jī)器人的控制系統(tǒng)一般由對(duì)其自身運(yùn)動(dòng)的控制和爬壁機(jī)器人與周邊設(shè)備的協(xié)調(diào)控制兩部分組成。

　　一、爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

　　
　　機(jī)器人從結(jié)構(gòu)上講屬于一個(gè)空間開鏈機(jī)構(gòu)，其中各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是獨(dú)立的，為了實(shí)現(xiàn)末端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，需要多關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)，其控制系統(tǒng)較普通的控制系統(tǒng)要復(fù)雜得多。
　　
　　1、機(jī)器人的控制是與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)密切相關(guān)的。在各種坐標(biāo)下都可以對(duì)機(jī)器人手足的狀態(tài)進(jìn)行描述，應(yīng)根據(jù)具體的需要對(duì)參考坐標(biāo)系進(jìn)行選擇，并要做適當(dāng)?shù)淖?標(biāo)變換。經(jīng)常需要正向運(yùn)動(dòng)學(xué)和反向運(yùn)動(dòng)學(xué)的解，除此之外還需要考慮慣性力、外力( 包括重力)和向心力的影響。
　　
　　2、即使是一個(gè)較簡單的機(jī)器人，也至少需要 3~5 個(gè)自由度，比較復(fù)雜的機(jī)器人則需要十幾個(gè)甚至幾十個(gè)自由度。每一個(gè)自由度一般都包含一個(gè)伺服機(jī)構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個(gè)多變量控制系統(tǒng)。
　　
　　3、算機(jī)來實(shí)現(xiàn)多個(gè)獨(dú)立的伺服系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和使機(jī)器人按照人的意志行動(dòng)，甚至賦予機(jī)器人一定“智能”的任務(wù)。所以，機(jī)器人控制系統(tǒng)一定是一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。同時(shí)，計(jì)算機(jī)軟件擔(dān)負(fù)著艱巨的任務(wù)。
　　
　　4、描述機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)的是一個(gè)非線性數(shù)學(xué)模型，隨著狀態(tài)的改變和外力的變化，其參數(shù)也隨之變化，并且各變量之間還存在耦合。所以，只使用位置閉環(huán)是不夠的，還必須要采用速度甚至加速度閉環(huán)。系統(tǒng)中經(jīng)常使用重力補(bǔ)償、前饋、解耦或自適應(yīng)控制等方法。
　　
　　5、機(jī)器人的動(dòng)作往往可以通過不同的方式和路徑來完成，所以存在一個(gè)“”的問題。對(duì)于較的機(jī)器人可采用人工智能的方法，利用計(jì)算機(jī)建立龐大的信息庫，借助信息庫進(jìn)行控制、決策、管理和操作。根據(jù)傳感器和模式識(shí)別的方法獲得對(duì)象及環(huán)境的工況，按照給定的指標(biāo)要求，自動(dòng)地選擇的控制規(guī)律。綜上所述，機(jī)器人的控制系統(tǒng)是一個(gè)與運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理密切相關(guān)的、有耦合的、非線性的多變量控制系統(tǒng)。因?yàn)槠渚哂械奶厥庑?，所以?jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論都不能照搬使用。到目前為止，機(jī)器人控制理論還不夠完整和系統(tǒng)。
　　

　　二、控制系統(tǒng)的主要功能

　　
　　爬壁機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等項(xiàng)目 爬壁機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等項(xiàng)目的控制是爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要任務(wù)，其中有些項(xiàng)目的控制是非常復(fù)雜的。爬壁機(jī)器人控制系統(tǒng)的主要功能包括以下兩點(diǎn)：
　　
　　1、再現(xiàn)功能
　　
　　示教再現(xiàn)功能是指控制系統(tǒng)可以通過示教盒或手把手進(jìn)行示教，將動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)速度、位置等信息用一定的方法預(yù)先教給爬壁機(jī)器人，由爬壁機(jī)器人的記憶裝置將所教的操作過程自動(dòng)地記錄在存儲(chǔ)器中，當(dāng)需要再現(xiàn)操作時(shí)，重放存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的內(nèi)容即可。如需更改操作內(nèi)容時(shí)，只需重新示教一遍。
　　
　　2、控制功能
　　
　　運(yùn)動(dòng)控制功能是指對(duì)爬壁機(jī)器人末端操作器的位姿、速度、加速度等項(xiàng)目的控制。

　　三、控制系統(tǒng)的組成

　　
　　爬壁機(jī)器人的控制系統(tǒng)由相應(yīng)的硬件和軟件組成。
　　
　　1、硬件
　　
　　硬件主要包括以下幾部分：
　　
　?。?）傳感裝置：可分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。其中前者是用來感知其自身的狀 態(tài)的，其作用是對(duì)爬壁機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置、速度和加速度等進(jìn)行檢測(cè)；后者是用來感知工作環(huán)境和工作對(duì)象狀態(tài)的，外部傳感器包括視覺、力覺、觸覺、聽覺、滑覺等傳感器。
　?。?）控制裝置：一般由一臺(tái)微型或小型計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的接口組成。其作用是用來對(duì)各種感覺信息進(jìn)行處理，執(zhí)行控制軟件，并產(chǎn)生控制指令。
　　（3）關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)部分：這部分的主要作用是以控制裝置的指令為依據(jù)，按作業(yè)任務(wù)的要求驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。
　　
　　2、軟件
　　
　　這里所說的軟件，主要是指機(jī)器人的控制軟件?？刂栖浖蛇\(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃算法和關(guān)節(jié)伺服控制算法及相應(yīng)的動(dòng)作程序組成。它可以使用所有的編程語言編制，但爬壁機(jī)器人控制軟件的主流是由通用語言模塊化而編制形成的專用工業(yè)語言。
　　

　　四、控制系統(tǒng)各組成部分的名稱和作用

　　
　　1、控制計(jì)算機(jī)：控制計(jì)算機(jī)是控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)，一般使用微型計(jì)算機(jī)或 微處理器。
　　
　　2、示教盒：示教盒的作用是完成示教機(jī)器人工作軌跡、參數(shù)設(shè)定和所有的人機(jī)交 互操作，它擁有獨(dú)立的 CPU 以及存儲(chǔ)單元，以串行通信方式與主計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信息交互。
　　
　　3、操作面板：操作面板由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，其功能是完成基本功能操作。
　　
　　4、磁盤存儲(chǔ)器：硬盤和軟盤存儲(chǔ)器等于存儲(chǔ)機(jī)器人工作程序的存儲(chǔ)器。
　　
　　5、數(shù)字和模擬量輸入/輸出：該部分的作用是實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出功能。
　　
　　6、打印機(jī)接口：打印機(jī)接口的作用是記錄需要輸出的各種信息。
　　
　　7、傳感器接口：傳感器接口是用于信息的自動(dòng)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔順控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。
　　
　　8、軸控制器：軸控制器的作用是完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度的控制。
　　
　　9、輔助設(shè)備控制：輔助設(shè)備控制用來控制和機(jī)器人配合的輔助設(shè)備，如手爪變位器等。
　　
　　10、通信接口：通信接口是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和其他設(shè)備的信息交換的，一般有串行接口、并行接口等。
　　
　　11、網(wǎng)絡(luò)接口。網(wǎng)絡(luò)接口包括 Ethernet 接口和 Fieldbus 接口：
　?。?）Ethernet 接口：通過 Ethernet 接口可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)或單臺(tái)機(jī)器人的直接PC通信，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到 10Mb/s，并可直接在PC 上用 Windows95或 Windows nt庫函數(shù)進(jìn)行應(yīng)用程序編程之后，支持 TCP/P 通信協(xié)議，還可通過 Ethernet 接口將數(shù)據(jù)及程序裝入各個(gè)機(jī)器人控制器中。
　　（2） Fieldbus 接口：支持多種流行的現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)格，如 Device net、ABRemote I/O、 Interbus-s、 profibus-DP、M-NET 等。

　　爬壁機(jī)器人的控制與工業(yè)機(jī)器人的控制差別并不大，主要還是使用的場(chǎng)景與控制軟件不大相同。洛陽圣瑞智能機(jī)器人有限公司專注研發(fā)生產(chǎn)各種功能的爬壁機(jī)器人，具有多項(xiàng)研究專利，如有需求可在網(wǎng)站留言，或者撥打客服電話進(jìn)行詳詢。