機(jī)器人控制復(fù)習(xí)

1、機(jī)器人的分類機(jī)器人的分類機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)。 機(jī)器人的機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括手部、腕部、腰部和基座，它與，包括手部、腕部、腰部和基座，它與人身結(jié)構(gòu)基本上相對應(yīng)，其中基座相對于人的下肢。其中人身結(jié)構(gòu)基本上相對應(yīng)，其中基座相對于人的下肢。其中有仿人形的有仿人形的“可動關(guān)節(jié)可動關(guān)節(jié)”。機(jī)器人的關(guān)節(jié)，保證了機(jī)器人。機(jī)器人的關(guān)節(jié)，保證了機(jī)器人各部位的可動性。各部位的可動性。機(jī)器人的機(jī)器人的驅(qū)動驅(qū)動傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng) 機(jī)器人的驅(qū)動機(jī)器人的驅(qū)動傳動系統(tǒng)，是將能源傳送到執(zhí)行機(jī)傳動系統(tǒng)，是將能源傳送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝置。構(gòu)的裝置。通常由通常由4 4大部分組成，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系大部分組

2、成，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和智能系統(tǒng)。統(tǒng)和智能系統(tǒng)。機(jī)器人的機(jī)器人的控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 是由控制計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的控制軟件和伺服控制器組成，是由控制計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的控制軟件和伺服控制器組成，它對機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出如何動作的命令。它對機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出如何動作的命令。機(jī)器人的機(jī)器人的智能系統(tǒng)智能系統(tǒng) 機(jī)器人智能系統(tǒng)由兩部分組成：感知系統(tǒng)和分析機(jī)器人智能系統(tǒng)由兩部分組成：感知系統(tǒng)和分析- -決策決策智能系統(tǒng)。智能系統(tǒng)。 感知系統(tǒng)主要靠具有感知不同信息的傳感器構(gòu)成，屬感知系統(tǒng)主要靠具有感知不同信息的傳感器構(gòu)成，屬于硬件部分，包括視覺、聽覺、觸覺以及味覺、嗅覺等傳于硬件部分，包括視覺、聽覺、觸覺以

3、及味覺、嗅覺等傳感器。感器。 在視覺方面，目前多是利用攝像機(jī)作為視覺傳感器，在視覺方面，目前多是利用攝像機(jī)作為視覺傳感器，它與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，并采用電視技術(shù)，使機(jī)器人具有視覺它與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，并采用電視技術(shù)，使機(jī)器人具有視覺功能，可以功能，可以“看到看到”外界的景物，經(jīng)過計(jì)算機(jī)對圖像的處外界的景物，經(jīng)過計(jì)算機(jī)對圖像的處理，就可對機(jī)器人下達(dá)如何動作的命令。這類視覺傳感器理，就可對機(jī)器人下達(dá)如何動作的命令。這類視覺傳感器在工業(yè)機(jī)器人中，多用于識別、監(jiān)視和檢測。在工業(yè)機(jī)器人中，多用于識別、監(jiān)視和檢測。 機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動機(jī)能，完成規(guī)定的各種操作，

4、包含手臂、手動機(jī)能，完成規(guī)定的各種操作，包含手臂、手腕、手爪和行走機(jī)構(gòu)等部分。機(jī)器人的腕、手爪和行走機(jī)構(gòu)等部分。機(jī)器人的“手手”則是多節(jié)杠桿機(jī)械則是多節(jié)杠桿機(jī)械機(jī)械手，機(jī)械手，用于搬運(yùn)物品、用于搬運(yùn)物品、裝卸材料、組裝零件等，或握住不同的工具，裝卸材料、組裝零件等，或握住不同的工具，完成不同的工作，如讓機(jī)械手握住焊槍，可進(jìn)完成不同的工作，如讓機(jī)械手握住焊槍，可進(jìn)行焊接；握住噴槍，可進(jìn)行噴漆。使用機(jī)械手行焊接；握住噴槍，可進(jìn)行噴漆。使用機(jī)械手處理高溫、有毒產(chǎn)品的時候，它比人手更能適處理高溫、有毒產(chǎn)品的時候，它比人手更能適應(yīng)工作。應(yīng)工作。機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu) 用在工業(yè)上的機(jī)器人的手一般稱之

5、為末端用在工業(yè)上的機(jī)器人的手一般稱之為末端操作器，它是機(jī)器人直接用于抓取和握緊專用操作器，它是機(jī)器人直接用于抓取和握緊專用工具進(jìn)行操作的部件。它具有模仿人手動作的工具進(jìn)行操作的部件。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。機(jī)械手能功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。機(jī)械手能根據(jù)電腦發(fā)出的命令執(zhí)行相應(yīng)的動作，不僅是根據(jù)電腦發(fā)出的命令執(zhí)行相應(yīng)的動作，不僅是一個執(zhí)行命令的機(jī)構(gòu)，它還應(yīng)該具有識別的功一個執(zhí)行命令的機(jī)構(gòu)，它還應(yīng)該具有識別的功能，也就是能，也就是“感覺感覺”。末端操作器大致可分為以下幾類：末端操作器大致可分為以下幾類： (1)夾鉗式取料手；夾鉗式取料手； (2)吸附式取料手；吸附式

6、取料手； (3)專用操作器及轉(zhuǎn)換器；專用操作器及轉(zhuǎn)換器； (4)仿生多指靈巧手。仿生多指靈巧手。仿生多指靈巧手最完美的形式是模仿人手的多指靈巧手。如圖所最完美的形式是模仿人手的多指靈巧手。如圖所示，多指靈巧手有多個手指，示，多指靈巧手有多個手指，每個手指有每個手指有3 3個回轉(zhuǎn)個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)，每一個關(guān)節(jié)的自由度都是獨(dú)立控制的。，每一個關(guān)節(jié)的自由度都是獨(dú)立控制的。機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn)機(jī)器人控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)一般采用空間開鏈結(jié)構(gòu)，其各個關(guān)節(jié)的機(jī)器人的結(jié)構(gòu)一般采用空間開鏈結(jié)構(gòu)，其各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動是獨(dú)立的，為了實(shí)現(xiàn)末端點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，需要多關(guān)節(jié)運(yùn)動是獨(dú)立的，為了實(shí)現(xiàn)末端點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，需要多關(guān)節(jié)的

7、運(yùn)動協(xié)調(diào)。因此，機(jī)器人控制系統(tǒng)與普通的控制系統(tǒng)相的運(yùn)動協(xié)調(diào)。因此，機(jī)器人控制系統(tǒng)與普通的控制系統(tǒng)相比要復(fù)雜的多，具有以下幾個特點(diǎn)：比要復(fù)雜的多，具有以下幾個特點(diǎn)：（1 1）機(jī)器人的控制與結(jié)構(gòu)運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)密切相關(guān)）機(jī)器人的控制與結(jié)構(gòu)運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)密切相關(guān), ,除此除此之外還要考慮慣性力、外力（包括重力）及哥氏力之外還要考慮慣性力、外力（包括重力）及哥氏力 、向心、向心力的影響。力的影響。（2 2）一個簡單的機(jī)器人也至少有）一個簡單的機(jī)器人也至少有3535個自由度，比較復(fù)雜個自由度，比較復(fù)雜的機(jī)器人有十幾個，甚至幾十個自由度。每個自由度一般的機(jī)器人有十幾個，甚至幾十個自由度。每個自由度一般包含一

8、個伺服機(jī)構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個多變量包含一個伺服機(jī)構(gòu)，它們必須協(xié)調(diào)起來，組成一個多變量控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。（3 3）把多個獨(dú)立的伺服系統(tǒng)有機(jī)的協(xié)調(diào)起來，使其按照人）把多個獨(dú)立的伺服系統(tǒng)有機(jī)的協(xié)調(diào)起來，使其按照人的意志行動，甚至賦予機(jī)器人一定的的意志行動，甚至賦予機(jī)器人一定的“智能智能”，這個任務(wù)，這個任務(wù)只能由計(jì)算機(jī)來完成。因此，機(jī)器人控制系統(tǒng)必須是一個只能由計(jì)算機(jī)來完成。因此，機(jī)器人控制系統(tǒng)必須是一個計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。（4 4）描述機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型是一個非線）描述機(jī)器人狀態(tài)和運(yùn)動的數(shù)學(xué)模型是一個非線性模型，隨著狀態(tài)的不同和外力的變化，其參數(shù)也在性模型，隨著狀態(tài)

9、的不同和外力的變化，其參數(shù)也在變化，各變量之間還存在耦合。變化，各變量之間還存在耦合。（5 5）機(jī)器人的動作往往可以通過不同的方式和路徑）機(jī)器人的動作往往可以通過不同的方式和路徑來完成，因此存在一個來完成，因此存在一個“最優(yōu)最優(yōu)”的問題，較高級的機(jī)的問題，較高級的機(jī)器人可以根據(jù)傳感器和模式識別的方法獲得對象及環(huán)器人可以根據(jù)傳感器和模式識別的方法獲得對象及環(huán)境的工況，按照給定的指標(biāo)要求，自動選擇最佳的控境的工況，按照給定的指標(biāo)要求，自動選擇最佳的控制規(guī)律。制規(guī)律。地面移動機(jī)器人地面移動機(jī)器人1 1地面移動機(jī)器人的概念、結(jié)構(gòu)形式地面移動機(jī)器人的概念、結(jié)構(gòu)形式 針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域、不同的操作需要針對

10、不同的應(yīng)用領(lǐng)域、不同的操作需要, ,移動機(jī)器移動機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式也大相徑庭。但基本上人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式也大相徑庭。但基本上, ,可以分為可以分為輪式輪式移動機(jī)器人、履帶式移動機(jī)器人、仿生足式移動移動機(jī)器人、履帶式移動機(jī)器人、仿生足式移動機(jī)器人和蠕動爬行移動機(jī)器人幾種結(jié)構(gòu)形式機(jī)器人和蠕動爬行移動機(jī)器人幾種結(jié)構(gòu)形式。 輪式移動機(jī)器人輪式移動機(jī)器人 履帶式移動機(jī)器人履帶式移動機(jī)器人地面移動機(jī)器人實(shí)例地面移動機(jī)器人實(shí)例（1 1）地面?zhèn)刹鞕C(jī)器人）地面?zhèn)刹鞕C(jī)器人地面?zhèn)刹鞕C(jī)器人地面?zhèn)刹鞕C(jī)器人: :廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域, ,警用領(lǐng)域，具有警用領(lǐng)域，具有比較強(qiáng)的地形適應(yīng)能力及通過能力。比較強(qiáng)的

11、地形適應(yīng)能力及通過能力。 空中機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)空中機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)（1 1）隱身技術(shù)）隱身技術(shù)在現(xiàn)代化的戰(zhàn)爭中，無人機(jī)主要是在敵方上空完成作戰(zhàn)任務(wù)，在現(xiàn)代化的戰(zhàn)爭中，無人機(jī)主要是在敵方上空完成作戰(zhàn)任務(wù)，生存環(huán)境惡劣、易于被發(fā)現(xiàn)。因此，隱身技術(shù)的應(yīng)用對生存環(huán)境惡劣、易于被發(fā)現(xiàn)。因此，隱身技術(shù)的應(yīng)用對提高無人機(jī)的戰(zhàn)場生存能力具有至關(guān)重要的作用。無人提高無人機(jī)的戰(zhàn)場生存能力具有至關(guān)重要的作用。無人機(jī)主要通過對機(jī)身表面材料的改進(jìn)和對機(jī)體構(gòu)造的設(shè)計(jì)機(jī)主要通過對機(jī)身表面材料的改進(jìn)和對機(jī)體構(gòu)造的設(shè)計(jì)來降低雷達(dá)信號的反射。通常，無人機(jī)機(jī)體表面采用降來降低雷達(dá)信號的反射。通常，無人機(jī)機(jī)體表面采用降低反射雷達(dá)信號波能

12、量的復(fù)合材料構(gòu)造，使用雷達(dá)吸波低反射雷達(dá)信號波能量的復(fù)合材料構(gòu)造，使用雷達(dá)吸波材料。目標(biāo)向雷達(dá)接受方散射電磁波的能力就越弱，目材料。目標(biāo)向雷達(dá)接受方散射電磁波的能力就越弱，目標(biāo)的生存性能就越好。同時，無人機(jī)也盡量采用減小電標(biāo)的生存性能就越好。同時，無人機(jī)也盡量采用減小電磁波反射的機(jī)身構(gòu)造，即在機(jī)身各部分的連接處進(jìn)行光磁波反射的機(jī)身構(gòu)造，即在機(jī)身各部分的連接處進(jìn)行光滑處理，避免形成角度增強(qiáng)反射，并在凹口處采取相應(yīng)滑處理，避免形成角度增強(qiáng)反射，并在凹口處采取相應(yīng)的隱身措施。的隱身措施。 （2 2）飛控技術(shù)）飛控技術(shù)（3 3）動力技術(shù)）動力技術(shù)（4 4）數(shù)據(jù)鏈技術(shù)）數(shù)據(jù)鏈技術(shù)智能控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)智

13、能控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的控制方式工業(yè)機(jī)器人的控制方式按運(yùn)動控制方式的不同，將工業(yè)機(jī)器人控制分為位置控制、按運(yùn)動控制方式的不同，將工業(yè)機(jī)器人控制分為位置控制、速度控制、力控制速度控制、力控制( (包括位置包括位置/ /力混合控制力混合控制) )三類。三類。1 1位置控制方式位置控制方式工業(yè)機(jī)器人位置控制又分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩類工業(yè)機(jī)器人位置控制又分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩類: : 點(diǎn)位控制點(diǎn)位控制僅控制離散點(diǎn)上工業(yè)機(jī)器人手爪或工具的位姿，要求盡快僅控制離散點(diǎn)上工業(yè)機(jī)器人手爪或工具的位姿，要求盡快而無超調(diào)地實(shí)現(xiàn)相鄰點(diǎn)之間的運(yùn)動，但對相鄰點(diǎn)之間的運(yùn)而無超調(diào)地實(shí)現(xiàn)相鄰點(diǎn)之間的運(yùn)動，但

14、對相鄰點(diǎn)之間的運(yùn)動軌跡一般不做具體規(guī)定。這種方式比較簡單，但是要達(dá)動軌跡一般不做具體規(guī)定。這種方式比較簡單，但是要達(dá)到到23um23um的定位精度也是相當(dāng)困難的。的定位精度也是相當(dāng)困難的。連續(xù)軌跡控制連續(xù)軌跡控制連續(xù)控制工業(yè)機(jī)器人手爪連續(xù)控制工業(yè)機(jī)器人手爪( (或工具或工具) )的位姿軌跡。軌跡控制的位姿軌跡。軌跡控制的技術(shù)指標(biāo)是軌跡精度和平穩(wěn)性。的技術(shù)指標(biāo)是軌跡精度和平穩(wěn)性。3 3力（力矩）控制方式力（力矩）控制方式在完成裝配、抓放物體等工作時，除要準(zhǔn)確定位之外，在完成裝配、抓放物體等工作時，除要準(zhǔn)確定位之外，還要求使用適度的力或力矩進(jìn)行工作，這時就要利用還要求使用適度的力或力矩進(jìn)行工作，這

15、時就要利用力（力矩）伺服方式。因此系統(tǒng)中必須有力（力矩）力（力矩）伺服方式。因此系統(tǒng)中必須有力（力矩）傳感器。有時也利用接近、滑動等傳感功能進(jìn)行自適傳感器。有時也利用接近、滑動等傳感功能進(jìn)行自適應(yīng)式控制。應(yīng)式控制。 2 2速度控制方式速度控制方式在連續(xù)軌跡控制方式的情況下，工業(yè)機(jī)器人按預(yù)定在連續(xù)軌跡控制方式的情況下，工業(yè)機(jī)器人按預(yù)定的指令，控制運(yùn)動部件的速度和實(shí)行加、減速，以的指令，控制運(yùn)動部件的速度和實(shí)行加、減速，以滿足運(yùn)動平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確的要求。為了實(shí)現(xiàn)這一要滿足運(yùn)動平穩(wěn)、定位準(zhǔn)確的要求。為了實(shí)現(xiàn)這一要求，機(jī)器人的行程要遵循一定的速度變化曲線，如求，機(jī)器人的行程要遵循一定的速度變化曲線，如圖

16、所示。圖所示。啟動啟動加速加速tv快速快速運(yùn)動運(yùn)動停止停止減速減速工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理一個工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)通常分為機(jī)構(gòu)本體和控制系統(tǒng)兩大部分。一個工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)通常分為機(jī)構(gòu)本體和控制系統(tǒng)兩大部分?？刂葡到y(tǒng)的主要作用是根據(jù)用戶的指令對機(jī)構(gòu)本體進(jìn)行操作控制系統(tǒng)的主要作用是根據(jù)用戶的指令對機(jī)構(gòu)本體進(jìn)行操作和控制，完成作業(yè)的各種動作?？刂葡到y(tǒng)的性能在很大程度和控制，完成作業(yè)的各種動作。控制系統(tǒng)的性能在很大程度上決定了機(jī)器人系統(tǒng)的性能。一個良好的控制器要有靈活、上決定了機(jī)器人系統(tǒng)的性能。一個良好的控制器要有靈活、方便的操作方式，多種形式的運(yùn)動控制方式和安全可靠地

17、運(yùn)方便的操作方式，多種形式的運(yùn)動控制方式和安全可靠地運(yùn)行。行。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，以完成特定工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的重要組成部分，以完成特定的工作任務(wù)，其基本功能如下：的工作任務(wù)，其基本功能如下：記憶功能。存儲作業(yè)順序、運(yùn)動路徑、運(yùn)動方式、運(yùn)動速記憶功能。存儲作業(yè)順序、運(yùn)動路徑、運(yùn)動方式、運(yùn)動速度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。度和與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。 示教功能。離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包示教功能。離線編程，在線示教，間接示教。在線示教包括示教盒和導(dǎo)引示教兩種。括示教盒和導(dǎo)引示教兩種。與外圍設(shè)備聯(lián)系功能。輸人和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)與外圍設(shè)備聯(lián)系功能。輸人和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口。接口、同步接口。坐