机器人系统通常分为机构本体和控制系统两大部分。控制系统的作用是根据 用户的指令对机构本体进行操作和控制，完成作业的各种动作。控制器系统性能在 很大程度上决定了机器人的性能。一个良好的控制器要有灵活、方便的操作方式，
多种形式的运动控制方式和安全可靠性。构成机器人控制系统的要素主要有计算 机硬件系统及控制软件、输入／输出设备、驱动器、传感器系统。它们之间的关系如 图 所 示 。
图 机器人控制系统构成要素 下面 通过 机器人来说明机器人的控制系统。
机器人是美国 公 司 于 世 纪 年代末推出 的商品化工
机器人有 等多个系
业机器人。 列的产品。每个系列产品的机
器人都有腰旋转、肩旋转和肘旋转 个基 本轴，加 上手腕的 回转、弯 曲和旋转 轴，构 机器人的外形结构见
成六自由度的开链式机构。 图 ，它是一种典型的多 关节型工业机器人。 机器人控制器采用计算机分级控制结构，使用 机 器 人 编 程 语 言 。 由 于 机器人具有速度快、精度高、灵活精巧、编程控制容 易 ，以 及 语言系统功能完善等特点，它在工业生产、实验室研究都得到了广 泛 的 应 用 。 这 里 介 绍 机器人的控制系统结构和工作原理。
控 制 器 硬 件 配 置 及 结 构
所 示 。 图
控制器原理框图如图 中 除 设备和伺服电机外，
控制器为多 两级控
其余各部件均安装在控制框内。 制结构，上位
计算机配有 内存，两块四串口接口板，一块 并行接口板，与下位
图 机器人外形结构
机通 信的 接口板。上位计算机系统采用 总线作为系统总线。
与上位机联接的 设备有 显示器和键盘、示教盒、软盘驱动器，通过 串口板还可接入视觉传感器、高层监控计算机、实时路径修正控制计算机。
是上、下位机通信的桥梁。上位机经过
接口板 接口板向下位机发送
命令和读取下位机信息。 板插在上位机的 总 线 上 ， 板插在下位机的 总线上， 接口板之间通过扁平信号电缆通信。 板上有一个 转换
接口板传递的各关节电位器信息，电
器，用于读取 位器用于各关节绝对位置的
定位。
下位计算机系统由六块以 为核心的单板机组成，每块板负责一个 关节的驱动，构成 个独立的数字伺服控制回路。下位计算机及 接 口板、手臂 信 号板插在专门设计的 总线上。下位机的每块单板机上都有一个 转换 器，其输出分别接到 块功率放大器板的输入端。功率放大器输出与 台直 流伺服 电机相接。用于检测位置的光电码盘与电机同轴旋转。 路码盘反馈信号经手臂信 号接口板滤波处理后，由 通道送往各数字伺服板。用于检测各关节绝对位置 的电位器滑动臂是装在齿轮轴上。电位器信号经由手臂信号板、 通道，被送 往 接口板。
机器人控制器硬件还包括一块 接口板、一块高压控制板和六块 功 率 放 大 器 板 ， 这 几 块 板 插 在 另 外 的一 个 专 门 设 计 的 功 率 放 大 器 总 线 （
图 机器人控制器原理框图
）上 。 接口板用于手臂电源和电机制动的控制信号传递，故障检测，制动 控制。高压控制板提供电机所需的电压，还控制手爪开闭电磁阀。
控制器软件系统的工作原理
控制器系统软件分为上位机软件和下位机软件两部分。上位机软 件为系统编程软件，下位机软件为伺服软件。
系统软件提供软件系统的各种系统定义、命令、语言及其编译系统。系统软件 时间
针对各种运动形式的轨迹规划、坐标变换，完成以 间隔的轨迹插补点的 计算、与下位机的信息交换、执行用户编写的 语言机器人作业控制程序、示 教盒信息处理、机器人标定、故障检测及异常保护等。
控制系统下位机软件驻留在下位单片机的 中。下位 机 控
。从图中可以
制系统硬件结构见图 看到，下位机的关节控制器是各自独立的，
即各单片机之间没有信息交换。每隔 上位机向六块单板机发送轨迹设定点 微处理器计
信息， 算关节误差，以 的周期伺服控制各关节的运动。
机器 伺服控制。由
和一般工业机器人一样， 人采用了独立关节的
图 下位机控制系统框图
于机器人的非线性特点，即惯性力、关节间的耦联及重力均与机器人的位姿（或位 姿和速度）有关，是变化的，但伺服系统的反馈系数是确定不变的，因此这种控制方 法难以保证在高速、变速或变载荷情况下的精度。