工业机器人特别是垂直多关节机器人（俗称关节机器人或者六关节机器人）的控制问题，不能简单的等同于一般的运动控制（指传统的通过位置控制、速度控制或者转矩控制的简单的运动控制系统）问题。

为什么垂直多关节机器人的控制问题和传统的、简单的运动控制系统不同呢？问题的关键在于两点：
其一：因为垂直多关节机器人本体属于串联连杆机构；
其二：因为垂直多关节机器人在运动过程中，从驱动电机的角度看，属于负载惯量时变的复杂控制系统。
其实上述两点是互相关联的，只是从观察的角度上有所不同罢了。

串联连杆机构的特点是稳定性差、系统刚性不足、负载能力差等，这是在机器人控制过程中需要重点解决的问题。

对于惯量时变系统的控制问题相对复杂。伺服驱动器在对电机进行控制的过程中，为了实现稳定的控制，必须知道电机和负载的惯量比——也就是必须知道电机的负载有多大，只有知道了这个信息，才知道要想按照控制预期，在多长的时间将负载加速到某一目标速度，伺服驱动器需要给电机施加多大的电流。否则，就会造成较大的系统跟随误差。当然，由于反馈控制环节的存在，当目标速度和实际速度出现偏差时，驱动器控制环节会对误差进行放大，并试图减小跟随误差，但是，这已经是亡羊补牢了，误差已经产生，机器人已经表现为较差的控制精度。

那么，如何让控制系统和驱动系统实时了解各个关节的负载惯量情况，以及在运动过程中，对于每一个关节电机而言的负载能量特征呢？这就需要对机器人本体和负载进行精确的动力学建模。针对每个关节电机，分析其负载连杆系的动力学特征和能量特征以及摩擦学特性，通过动力学建模，直接计算出关节电机在此时此刻所需的驱动力，控制器直接发指令给驱动器，由驱动器输出相应大小的电流对电机进行控制。在此前提下，再辅以传统的伺服驱动器反馈控制原理，对出现的控制误差进行适度的调整，其结果将大大提高机器人TCP（工具中心点）的控制精度以及机器人的响应速度。

从以上的分析可以看出，垂直多关节机器人的控制系统从算法、软件、控制、驱动、总线以及硬件构成等方面都有别于传统的运动控制系统。这也是国产工业机器人相比于国外机器人产品最大之差距所在。

工业机器人控制系统是从理论和工程实践的角度要求最高的运动控制系统。对工业机器人的研究，具有普遍意义，它将推动运动控制技术的升级和发展。

在工业领域以及工业机器人技术范化应用的各个领域，一个能够研发工业机器人控制系统的公司，都将获得巨大的发展空间和市场机会。

课程价值与培训服务（课程价值）

课程体系介绍（内容介绍）

• 1.《机器人学》

  6学时（2天*3小时）

  回顾机器人学的基础理论，为学员后续的知识学习打下坚实的基础。

• 2.《机器人控制系统的组成与软硬件架构》

  6学时（2天*3小时）

  从整个机器人控制系统的角度，对包括示教器、控制器、伺服驱动器、电机等构成的控制系统进行分析，明确每个控制单元在整个控制系统中所起到的作用和他们之间的功能接口和关系。 在此基础上，针对一个具体的系统案例进行详细讲解。

• 3.《机器人运动学技术与实践》

  6学时（2天*3小时）

  对机器人运动学的原理与实践进行阐释，并根据工程实践以及开发过程中遇到的种种问题进行讲析，给出切实可行的控制方法。

• 4.《机器人动力学与辨识技术理论与实践》

  18学时（6天*3小时）

  在运动学的基础上，结合动力学和相关辨识技术，对动力学算法和技术在机器人上的综合应用进行讲析。完成整个结合了运动学和动力学的综合的机器人控制算法。

  并结合开发实践，对实际开发中遇到的各种问题进行分析，给出解决方案。达到将完整的理论和方法用于实践，即可实现机器人的开发的目的。

• 5.《轨迹规划与插补算法》

  15学时（5天*3小时）

  轨迹规划和插补算法是相对传统的数控技术的一部分，但是，针对机器人的研发，已经产生了大量新的算法和解决方案，本课程着重从实践的角度，解决相关问题。

• 6.《Matlab机器人控制算法仿真》

  15学时（5天*3小时）

  仿真是研发人员的必修课，所有的算法、模型都需要通过仿真已验证其正确性。本课程针对前述课程所提出的算法、模型进行仿真，即是对前期课程的回顾，同时也是对前述知识的一种综合应用课程。

• 7.《控制器硬件开发、功能设计与嵌入系统》

  18学时（6天*3小时）

  本课程通过一个实际的控制器硬件设计和嵌入系统搭建的案例进行讲解，完成控制器硬件的开发和嵌入式软件部分的开发。比如，在完成硬件开发后，完成linux系统的移植、裁剪并部署RT实时内核，并完成相关的系统设置。

• 8.《机器人非实时系统的设计与应用开发接口》

  15学时（5天*3小时）

  作为一个机器人控制器，上述运动学、动力学、轨迹规划、插补算法等都属于实时系统的开发部分。作为一个机器人控制系统，还存在大量的非实时的服务和功能，比如，示教器以及与示教器的通讯、示教器语言的解释、存储器管理和内存管理、文件管理、网络通讯、工艺程序的编辑和输入、机器人的配置功能支持等。

• 9.《EtherCAT总线的技术原理与应用》

  15学时（5天*3小时）

  回顾机器人学的基础理论，为学员后续的知识学习打下坚实的基础。

• 10.《通用伺服驱动器的原理与应用》

  15学时（5天*3小时）

  众多机器人开发者对伺服驱动器的原理和应用的认识程度偏低。对于算法的研究多，对于如何驱动执行研究的少。

  本课程着重于对通用的伺服驱动产品的原理和应用进行精讲，让机器人开发者了解伺服驱动器的功能和应用，为更好的开发机器人打好驱动期方面知识基础。

• 11.《机器人伺服驱动器控制模型以及与控制器之间的通讯接口设计与实践》

  12学时（4天*3小时）

  机器人专用的伺服产品和通用的伺服产品是有区别的，通用的伺服产品往往只能通过位置给定，系统通过识别控制误差，并反馈放大误差信号实现位置跟随，这种控制方法的特点就是控制延时是必然产生的结果。在工业机器人的关节控制过程中，对于串联连杆机构，每个关节的控制延时和误差会被机构放大，造成末端TCP出现较大的控制误差。因此，工业机器人的控制过程中强调对动力学方法的运用，通过对机器人本体进行动力学建模，并结合辨识技术对不同环境条件下本体关节摩擦学影响和负载的变化进行补偿，达到对电机力输出进行精确预测的目的。

  在此过程中，控制器的动力学算法和辨识算法需要实时的对驱动器的电流和电机力输出的特征进行测量，同时，需要将由动力学和辨识算法计算的结果前馈给伺服电流环，以实现对电机力输出的精确控制。同时，前馈的电流、速度等信息还需要和原有的伺服位置环、速度环、电流环的控制协调工作。

  因此，需要对机器人专用的驱动器控制模型进行重新建模，并明确和控制器之间的数据通道的接口和量纲等。这是这门课程需要解决的问题。

• 12.《机器人专用伺服驱动系统设计与实践》

  18学时（6天*3小时）

  本课程提出机器人专用伺服的控制模型，并对其原理与实践进行分析和讲解。

  -伺服驱动器硬件架构与功能开发

  -伺服驱动器控制算法与实践

  -电机的选型与仿真计算

• 13.《机器人机械设计的关键技术概论》

  15学时（5天*3小时）

  本课程对机器人机械设计中的关键技术进行讲解。主要内容涉及：

  -与动力学模型相关的参数设计与实践

  -基于ansys有限元分析的结构设计技术与实践

  -机器人关节设计要点等

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1. 上课形式为线上直播。

2. 购买课程的账号只能一个用户登录（企业可以根据课程内容灵活安排专业人员听课）。

3. 直播之后1周后回看课程上线，视频只对课程购买者开放，从上线之日起1年内可以回看。

4. 建议通过企业或者实验室报名，我们将为培训者开具增值税发票。

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