Page 169 - 电气自动化控制技术研究
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第六章 工业自动化伺服驱动器系统的相关研究
环 PID 控制时，速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信
号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端
的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终。
三、工业机器人伺服控制系统总体设计
工业机器人主要由机械主体、驱动系统、控制系统 3 部分组成。机械主体即机器人的
基座和关节臂，大多有 3 ～ 6 个自由度；驱动系统包括驱动装置和伺服电机，驱动装置控
制伺服电机的转矩或转速，使执行机构产生相应的动作；控制系统是整个机器人系统的核
心，控制系统依据任务要求，结合传感器的反馈信号，经过控制算法，对驱动系统和执行
机构发出控制指令。选用视觉伺服作为机器人的控制方式，机器视觉监测目标对象的位姿
变化，根据目标信息变化及时改变运动状态，提高机器人智能化。
（一）机械结构及误差补偿
工业机器人的机械结构决定了机器人的工作方式、作业半径，并影响到控制系统的设
计和轨迹规划的处理。而机械结构的加工精度和组装更是直观地体现出机器人控制的稳定
性和系统精度。所以，要按不同的作业需求、不同的工作环境来选择合适的机械结构，并
对机械结构进行标定，尽量减小机械误差。
1. 机械结构简介
机械结构是机器人的组成框架，决定了机器人的结构造型、用途以及作业范围。市场
上常见的工业机器人结构造型有：关节臂式，便携式，龙门架构式。关节臂式机器人是由
一系列连杆机构通过关节连接而形成一个运动链。关节越多，机器人越灵巧，同时制造难
度和控制难度越大。关节臂机器人可以完成各种复杂的空间曲线运动，功能强大，但各运
动轴相互关联性，耦合性强，数学建模时需要进行解耦操作，控制系统复杂。关节臂机器
人经济成本高，开发周期长，作业区间有限，不适用于制造业超大型工件的加工。便携式
机器人轻便、小巧、机械结构简单，控制容易，价格便宜，但功能比较单一。常见的便携
式机器人有磁力爬行小车，体积小巧，可以任意移动，对于简单曲线的加工易于实现。受
限于其体积，便携式机器人一般使用嵌入式微处理器来处理数据，遇到体积大、轨迹曲线
复杂的加工对象时，难以处理较多的数据信息。龙门式结构，位置运动轴采用轨道式结构，
行程可自由收放，作业范围广。各运动轴间没有强耦合，比关节臂式机器人结构简单，容
易制造和组装，控制难度小，作业半径较大。龙门式机器人体积大，工控机可直接采用高
性能 PC 机，处理速度快，可处理信息量大，编程能力强。石油化工钢制储罐的体积一般
为 3 000m3，待加工球片投影面积为 8×4m2，机器人末端执行器的运行范围广。基于以上
分析，我们采用龙门式架构，龙门式工业机器人由三条齿条式轨道完成工业机器人的空间
位置运动，由机器人的 Z 轴携带的三关节臂完成空间姿态运动。
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