机器人闭环控制是现代机器人技术的核心，它通过传感器反馈和实时调整机制，使机器人能够精确、稳定地执行各种任务。下面我将从基本原理、关键组件和实际应用等方面详细介绍机器人如何实现闭环控制。
闭环控制(Closed-loop control)是一种通过传感器反馈不断调整输出的控制方法。与开环控制相比，闭环系统能够根据实际执行情况动态调整控制指令，显著提高了机器人的运动精度和稳定性。
开环控制直接输出电机指令，没有反馈校正，适用于简单场景，但易受外部干扰影响精度。而闭环控制通过传感器实时监测关节状态(如编码器反馈角度)，结合PID等算法动态调整输出，是工业级机器人主流方案。
闭环控制系统的本质在于通过负反馈形成调节回路。例如恒温控制器发现温度过高就减少加热，而正反馈会加剧偏差(如麦克风啸叫就是典型正反馈导致的结果)。
闭环控制系统中的关键组成部分是传感器。传感器可以用来检测机器人周围的环境和位置。例如，机器人可以使用摄像头传感器来感知周围的物体，并使用激光传感器来测量自身与物体的距离。这些传感器提供了运动控制系统所需的反馈信号。
在移动机器人中，编码器是最常用的速度反馈传感器。虽然现在像Robomaster等比赛中的无刷电机发展迅速，但受限于成本，大多数学生比赛还是使用传统的MG520直流减速编码电机，通过编码器实现电机的测速和闭环调速功能。
一旦传感器采集到数据，需要进行数据处理，将原始数据转换为可用于控制机器人运动的信息。例如，通过分析摄像头传感器捕捉到的图像，可以识别出机器人周围的物体和障碍物。
在了解了机器人周围环境的情况后，需要进行运动规划。运动规划是根据机器人当前位置和目标位置，计算出机器人应该采取的行动。如果机器人正在移动到一个目标位置，运动规划算法将计算出机器人应该采取的最佳路径和运动方式。
运动规划完成后，需要生成控制指令。控制指令是机器人执行特定动作的指令。例如，如果机器人需要向前移动，控制指令可以包括调整机器人轮子的速度和方向。这些控制指令将根据运动规划和环境反馈信号生成。
控制指令生成后，机器人将执行相应的动作。例如，根据控制指令，机器人会调整轮子的速度和方向，以实现向前移动。在执行动作的机器人的传感器还会持续监测环境，并提供反馈信号给闭环控制系统。
在机器人执行动作的闭环控制系统会持续接收来自传感器的反馈信号。这些反馈信号包含机器人当前位置和环境变化的信息。通过分析和处理这些反馈信号，闭环控制系统可以及时调整控制指令，以实现更精确的运动控制。
移动机器人的闭环控制通常采用分层结构：外面的控制回路是位置控制回路，里面的是速度控制回路。移动机器人的速度通过积分反馈到目标位置回路，同时速度反馈到速度控制回路，进一步调整车轮的加速度等控制。
在大学生机器人竞赛中，移动机器人底盘是一个绕不开的话题。底盘有多种结构，如麦克纳姆轮结构、全向轮结构、阿克曼结构等。底盘的核心是直流减速电机，通过编码器实现电机的测速和闭环调速功能。
开环控制根据路径规划生成的线速度、角速度直接控制机器人，而没有考虑当时的行进速度与瞬时位置，会导致轨迹偏离目标路线。闭环控制则同时考虑机器人的当前位置和瞬时速度，再结合控制命令，重新生成新的控制命令及调整相应的控制参数。
人形机器人关节通常分为旋转关节和滑动关节，控制目标包括位置控制(精准定位)、速度控制(平滑运动)和力矩控制(力反馈)三大类。单关节位置控制需结合传感器反馈与控制器算法，确保关节角度与目标值一致。
通过以上步骤的循环迭代，机器人可以实现在不同环境下的精确运动控制。闭环控制系统使机器人能够根据环境变化和反馈信息进行自适应调整，提高了机器人的运动稳定性和准确性。
