如果僅僅有感官和肌肉，人的四肢并不能動作。一方面是因為來自感官的信號沒有器官去接收和處理，另一方面也是因為沒有器官發出神經信號，驅使肌肉發生收縮或舒張。同樣，如果機器人只有傳感器和驅動器，機械臂也不能正常工作。原因是傳感器輸出的信號沒有起作用，驅動電動機也得不到驅動電壓和電流，所以機器人需要有一個控制系統，用硬件和軟件組成一個的控制系統。

機器人控制系統概念

機器人控制系統是指由控制主體、控制客體和控制媒體組成的具有自身目標和功能的管理系統。控制系統意味著通過它可以按照所希望的方式保持和改變機器、機構或其他設備內任何感興趣或可變化的量。控制系統同時是為了使被控制對象達到預定的理想狀態而實施的。控制系統使被控制對象趨于某種需要的穩定狀態。

機器人控制系統的功能要求

1、記憶功能：存儲作業順序、運動路徑、運動方式、運動速度和與生產工藝有關的信息。

2、示教功能：離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教盒和導引示教兩種。

3、與外圍設備聯系功能：輸入和輸出接口、通信接口、網絡接口、同步接口。

4、坐標設置功能：有關節、絕對、工具、用戶自定義四種坐標系。

5、人機接口：示教盒、操作面板、顯示屏。

6、傳感器接口：位置檢測、視覺、觸覺、力覺等。

7、位置伺服功能：機器人多軸聯動、運動控制、速度和加速度控制、動態補償等。

8、故障診斷安全保護功能：運行時系統狀態監視、故障狀態下的安全保護和故障自診斷。

機器人控制系統的主要種類

控制系統的任務，是根據機器人的作業指令程序、以及從傳感器反饋回來的信號，支配機器人的執行機構去完成的運動和功能。假如機器人不具備信息反饋特征，則為開環控制系統；若具備信息反饋特征，則為閉環控制系統。

根據控制原理可分為程序控制系統、適應性控制系統和人工智能控制系統。

根據控制運動的形式可分為點位控制和軌跡控制。

工業機器人控制系統組成

1、控制計算機：控制系統的調度指揮中心機構。

2、示教盒：示教機器人的工作軌跡和參數設定，以及所有人機交互操作，擁有自己獨立的CPU以及存儲單元，與主計算機之間以串行通信方式實現信息交互。

3、操作面板：由各種操作按鍵、狀態指示燈構成，只完成基本功能操作。

4、硬盤和軟盤存儲存：儲機器人工作程序的外圍存儲器。

5、數字和模擬量輸入輸出：各種狀態和控制命令的輸入或輸出。

6、打印機接口：記錄需要輸出的各種信息。

7、傳感器接口：用于信息的自動檢測，實現機器人柔順控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。

8、軸控制器：完成機器人各關節位置、速度和加速度控制。

9、輔助設備控制：用于和機器人配合的輔助設備控制，如手爪變位器等。

10通信接口：實現機器人和其他設備的信息交換，一般有串行接口、并行接口等。

11、網絡接口

1）Ethernet接口：可通過以太網實現數臺或單臺機器人的直接PC通信，數據傳輸速率高達10Mbit/s，可直接在PC上用windows庫函數進行應用程序編程之后，支持TCP/IP通信協議，通過Ethernet接口將數據及程序裝入各個機器人控制器中。

2）Fieldbus接口：支持多種流行的現場總線規格，如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。

機器人控制系統結構方式

集中控制系統

用一臺計算機實現全部控制功能，結構簡單，成本低，但實時性差，難以擴展，在早期的機器人中常采用這種結構，其構成框圖，如圖所示。

基于PC的集中控制系統里，充分利用了PC資源開放性的特點，可以實現很好的開放性：多種控制卡，傳感器設備等都可以通過標準PCI插槽或通過標準串口、并口集成到控制系統中。

集中式控制系統的優點是：硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實現系統的最優控制，整體性與協調性較好，基于PC的系統硬件擴展較為方便。

其缺點也顯而易見：系統控制缺乏靈活性，控制危險容易集中，一旦出現故障，其影響面廣，后果嚴重；由于機器人的實時性要求很高，當系統進行大量數據計算，會降低系統實時性，系統對多任務的響應能力也會與系統的實時性相沖突；此外，系統連線復雜，會降低系統的可靠性。

主從控制方式

采用主、從兩級處理器實現系統的全部控制功能。主CPU實現管理、坐標變換、軌跡生成和系統自診斷等：從CPU實現所有關節的動作控制。其構成框圖，如圖所示。

主從控制方式系統實時性較好，適于高精度、高速度控制，但其系統擴展性較差，維修困難。

分散控制方式

按系統的性質和方式將系統控制分成幾個模塊，每一個模塊各有不同的控制任務和控制策略，各模式之間可以是主從關系，也可以是平等關系。這種方式實時性好，易于實現高速、高精度控制，易于擴展，可實現智能控制，是目前流行的方式，其控制框圖如圖所示。

其主要思想是“分散控制，集中管理”，即系統對其總體目標和任務可以進行綜合協調和分配，并通過子系統的協調工作來完成控制任務，整個系統在功能、邏輯和物理等方面都是分散的，所以又稱為集散控制系統或分散控制系統。

這種結構中，子系統是由控制器和不同被控對象或設備構成的，各個子系統之間通過網絡等相互通訊。分布式控制結構提供了一個開放、實時、精確的機器人控制系統。分布式系統中常采用兩級控制方式。

兩級分布式控制系統

通常由上位機、下為機和網絡組成。上位機可以進行不同的軌跡規劃和控制算法，下位機進行插補細分、控制優化等的研究和實現。上位機和下位機通過通訊總線相互協調工作，這里的通訊總線可以是RS-232、RS-485、EEE-488以及USB總線等形式。

現在，以太網和現場總線技術的發展為機器人提供了更快速、穩定、有效的通訊服務。尤其是現場總線，它應用于生產現場、在微機化測量控制設備之間實現雙向多結點數字通信，從而形成了新型的網絡集成式全分布控制系統—現場總線控制系統。

分布式控制系統的優點在于：系統靈活性好，控制系統的危險性降低，采用多處理器的分散控制，有利于系統功能的并行執行，提高系統的處理效率，縮短響應時間。

機器人控制系統分類

1、程序控制系統：給每一個自由度施加一定規律的控制作用，機器人就可實現要求的空間軌跡。

2、自適應控制系統：當外界條件變化時，為保證所要求的品質或為了隨著經驗的積累而自行改善控制品質，其過程是基于操作機的狀態和伺服誤差的觀察，再調整非線性模型的參數，一直到誤差消失為止。這種系統的結構和參數能隨時間和條件自動改變。

3、人工智能系統：事先無法編制運動程序，而是要求在運動過程中根據所獲得的周圍狀態信息，實時確定控制作用。

4、點位式控制系統：要求機器人準確控制末端執行器的位姿，而與路徑無關。

5、連續軌跡控制系統：要求機器人按示教的軌跡和速度運動。

6、控制總線：國際標準總線控制系統。采用國際標準總線作為控制系統的控制總線，如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。

7、自定義總線控制系統：由生產廠家自行定義使用的總線作為控制系統總線。

8、編程方式：物理設置編程系統。由操作者設置固定的限位開關，實現起動，停車的程序操作，只能用于簡單的拾起和放置作業。

9、在線編程：通過人的示教來完成操作信息的記憶過程編程方式，包括直接示教模擬示教和示教盒示教。

10、離線編程：不對實際作業的機器人直接示教，而是脫離實際作業環境，示教程序，通過使用高級機器人，編程語言，遠程式離線生成機器人的作業軌跡。