機(jī)器人控制基礎(chǔ)第一章課件

機(jī)器人控制基礎(chǔ)32學(xué)時1機(jī)器人控制基礎(chǔ)32學(xué)時1學(xué)習(xí)本門課程有什么用？1入門，為進(jìn)一步研究做準(zhǔn)備2畢業(yè)設(shè)計3學(xué)分2學(xué)習(xí)本門課程有什么用？1入門，為進(jìn)一步研究做準(zhǔn)備2教材JohnJ.Craig，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.63教材JohnJ.Craig，機(jī)械工業(yè)出版社，主要掌握的內(nèi)容1機(jī)器人的動力學(xué)模型(主要掌握)2機(jī)器人的基本控制方法4主要掌握的內(nèi)容1機(jī)器人的動力學(xué)模型4需要的基本知識：（1）理論力學(xué)；（2）控制理論；（3）Matlab;（4）微分方程和線性代數(shù).5需要的基本知識：5第一章緒論機(jī)器人的基本概念；

什么是機(jī)器人？機(jī)器人動力學(xué)與控制簡介。

（本課主要內(nèi)容簡介）6第一章緒論機(jī)器人的基本概念；6機(jī)器人“HRP-4C”在歡迎游客，售價大約為15萬英鎊這是世界上第一款時裝模特機(jī)器人7機(jī)器人“HRP-4C”在歡迎游客，售價大約為15萬英鎊7你能想想一個騎自行車的機(jī)器人能夠擁有連人類都無法做到的平衡能力嗎？近日，來自日本的一款名為MurataBoy的平衡機(jī)器人就讓人們大跌眼鏡。它可以通過內(nèi)置的多個感應(yīng)器配合智能調(diào)節(jié)裝置保持機(jī)器人近乎完美的平衡狀態(tài)，甚至在完全靜止的時候都可以紋絲不動。前置的超聲感應(yīng)裝置還可以讓機(jī)器人在遇到無法逾越的障礙物時自動停止，避免事故的發(fā)生。8你能想想一個騎自行車的機(jī)器人能夠擁有連人類都無法做到的平衡能蘋果MP4機(jī)器人9蘋果MP4機(jī)器人91.1機(jī)器人的基本概念1.1.1機(jī)器人的發(fā)展歷史（1）東漢張衡發(fā)明的指南車；（2）1768-1774，瑞士鐘表匠制作的木偶機(jī)器；（3）1920年，捷克劇作家KarelCapek首次提出Robota一詞；（4）1950年，美國科幻作家Assimov提出了機(jī)器人三守則；（5）1954年，美國人設(shè)計了第一臺電子可編程機(jī)器人；（6）1962年，美國GM公司設(shè)計使用的第一臺機(jī)器人Unimate。101.1機(jī)器人的基本概念1.1.1機(jī)器人的發(fā)展歷史10指南車木偶機(jī)器人

11指南車KarelCapekAssimov12KarelCapek可編程機(jī)器人Unimate13可編程機(jī)器人（7）1980年；機(jī)器人在日本得到普及；此年稱為‘機(jī)器人元年’；（8）1995年——今，機(jī)器人的產(chǎn)量每年遞增，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)興起；（9）機(jī)器人學(xué)興起，機(jī)器人向智能化發(fā)展。機(jī)器人常見的雜志IEEE《RoboticsResearch》《Robotics》《RoboticsandAutomation》機(jī)器人研究：美國的MIT機(jī)器人生產(chǎn)大國日本14（7）1980年；機(jī)器人在日本得到普及；此年稱為‘機(jī)器人14（1）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：機(jī)器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。（2）美國機(jī)器人協(xié)會（RIA）的定義：

機(jī)器人是一種用于移動各種材料零件、工具和專用裝置的，通過可編程序動作來執(zhí)行各種任務(wù)的，具有編程能力的多功能機(jī)械手。1.1.2機(jī)器人的定義15（1）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：1.1.2機(jī)器人的定（3）日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會（JIRA）的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的、能夠轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來替代人類勞動的通用機(jī)器。（2）美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NSB）的定義：

機(jī)器人是一種能夠進(jìn)行編程并在自動控制下執(zhí)行某些操作和移動作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置。1.1.2機(jī)器人的定義16（3）日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會（JIRA）的定義：1.1.2機(jī)器（1）機(jī)器人的動作機(jī)構(gòu)類似于人或人的某些器官；（2）機(jī)器人具有一定程度的智能；（3）機(jī)器人具有通用性；（4）機(jī)器人具有獨(dú)立性，一旦工作程序設(shè)定，機(jī)器人在工作時不需要人的干預(yù)；（5）機(jī)器人是人造的機(jī)械裝置。根據(jù)定義，可見機(jī)器人具有如下特點(diǎn)17（1）機(jī)器人的動作機(jī)構(gòu)類似于人或人的某些器官；根據(jù)定義，可見（1）按代替人的器官分：操作機(jī)器人、移動機(jī)器人、視覺機(jī)器人（2）按用途分：

工業(yè)機(jī)器人、極限操作/探索機(jī)器人、娛樂機(jī)器人（3）按控制方式分：操縱機(jī)器人、程序機(jī)器人、示教再現(xiàn)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)器人、智能機(jī)器人1.1.3機(jī)器人的種類18（1）按代替人的器官分：1.1.3機(jī)器人的種類18深藍(lán)計算機(jī)工業(yè)機(jī)器人5公斤搬運(yùn)機(jī)器人19深藍(lán)計算機(jī)工業(yè)機(jī)器人5公斤搬運(yùn)機(jī)器人19電子狗火星探測器電子眼數(shù)據(jù)手套“匯童”仿人機(jī)器人表演太極拳

20電子狗火星探測器電子眼數(shù)據(jù)手套“匯童”仿人機(jī)器人201.2操作臂的機(jī)構(gòu)與控制本課程的一些內(nèi)容:操作臂的動力學(xué)操作臂的控制211.2操作臂的機(jī)構(gòu)與控制本課程的一些內(nèi)容:2122222323控制任務(wù)是：把物體從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)。24控制任務(wù)是：把物體從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)。24具體說來有以下內(nèi)容本課程的一些內(nèi)容1.2.1位姿描述坐標(biāo)系基坐標(biāo)系工具坐標(biāo)系25具體說來有以下內(nèi)容本課程的一些內(nèi)容1.2.1位姿描述坐標(biāo)1.2.2操作臂正運(yùn)動學(xué)運(yùn)動學(xué)（Kinematics）連桿、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)：關(guān)節(jié)角移動關(guān)節(jié)：關(guān)節(jié)偏距自由度末端執(zhí)行器261.2.2操作臂正運(yùn)動學(xué)運(yùn)動學(xué)（Kinematics）連27272828正運(yùn)動學(xué)：給定一組關(guān)節(jié)角，計算工具坐標(biāo)系到基坐標(biāo)系的位姿表示，即關(guān)節(jié)空間到笛卡爾空間的變換。29正運(yùn)動學(xué)：給定一組關(guān)節(jié)角，計算工具坐標(biāo)系到基坐標(biāo)系的位姿表示1.2.3操作臂逆運(yùn)動學(xué)逆運(yùn)動學(xué)逆運(yùn)動學(xué)：給定操作臂末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，計算所有可達(dá)位置和姿態(tài)的關(guān)節(jié)角。操作臂的工作空間301.2.3操作臂逆運(yùn)動學(xué)逆運(yùn)動學(xué)逆運(yùn)動學(xué)：給定操作臂末端1.2.4速度、靜力、奇異性機(jī)構(gòu)奇異性奇異點(diǎn)：雅可比矩陣不可逆的點(diǎn)。雅可比矩陣：關(guān)節(jié)空間的速度到笛卡爾空間速度的映射。關(guān)節(jié)力矩到接觸力和力矩的計算用到雅可比矩陣311.2.4速度、靜力、奇異性機(jī)構(gòu)奇異性奇異點(diǎn)：雅可比矩陣32321.2.5動力學(xué)動力學(xué)的第二個作用是進(jìn)行仿真。動力學(xué)：為了控制操作臂的運(yùn)動，計算出通過關(guān)節(jié)驅(qū)動產(chǎn)生的復(fù)雜力矩函數(shù)。仿真:模擬，simulation,建立模型；在計算機(jī)上做實(shí)驗(yàn)。331.2.5動力學(xué)動力學(xué)的第二個作用是進(jìn)行仿真。動力學(xué)：為1.2.6軌跡生成路徑點(diǎn)軌跡生成：如何計算運(yùn)動函數(shù)。樣條函數(shù)笛卡爾路徑生成341.2.6軌跡生成路徑點(diǎn)軌跡生成：如何計算運(yùn)動函數(shù)。樣條用Matlab畫出的三次樣條函數(shù)35用Matlab畫出的三次樣條函數(shù)35焊接機(jī)器人

36焊接機(jī)器人36373738381.2.7操作臂的設(shè)計與傳感器專用機(jī)器人：為特定任務(wù)設(shè)計的機(jī)器人。主要從預(yù)期任務(wù)進(jìn)行考慮通用機(jī)器人：能完成某幾類任務(wù)的機(jī)器人。391.2.7操作臂的設(shè)計與傳感器專用機(jī)器人：為特定任務(wù)設(shè)計1.2.8操作臂的線性位置控制核心是知道動力學(xué)方程，主要講一下獨(dú)立關(guān)節(jié)控制和PID控制控制算法對位置和速度傳感器進(jìn)行檢測，以計算出驅(qū)動器的力矩指令。401.2.8操作臂的線性位置控制核心是知道動力學(xué)方程，主要1.2.9操作臂的非線性位置控制非線性控制系統(tǒng)力控制是位置控制的補(bǔ)償混合控制方式，也就是說，在某些方向上用位置控制法則來控制，而其余方向通過力控制來實(shí)現(xiàn)。411.2.9操作臂的非線性位置控制非線性控制系統(tǒng)力控制是位1.2.10可編程機(jī)器人機(jī)器人編程語言是用戶和工業(yè)機(jī)器人交互的接口。操作者將操作臂手臂上一個特殊的點(diǎn)指定為操作點(diǎn)，有時也叫做TCP(工具中心點(diǎn))，操作者可以操作點(diǎn)相對于用戶坐標(biāo)系的期望位置來描述機(jī)器人的運(yùn)動。421.2.10可編程機(jī)器人機(jī)器人編程語言是用戶和工業(yè)機(jī)器人1.2.11離散編程和仿真離散編程系統(tǒng)是一個機(jī)器人編程環(huán)境?？梢哉J(rèn)為是一個仿真平臺。431.2.11離散編程和仿真離散編程系統(tǒng)是一個機(jī)器人編程環(huán)附錄A：Matlab語言A.1:數(shù)據(jù)類型A.1.1:常量與變量變量2.常量piepsinfNaNi(j)44附錄A：Matlab語言A.1:數(shù)據(jù)類型A.1.1:>>pians=3.1416>>formatlong,pians=3.1415926535897945>>pi45A.1.2:Matlab數(shù)據(jù)類型數(shù)字變量abs(x)sqrt(x)real(x)image(x)round(x)sin(x)cos(x)tan(x)asin(x)accos(x)atan(x)atan2(x,y)變量的顯示格式：formatlongformatshort……46A.1.2:Matlab數(shù)據(jù)類型462.字符串>>s='Iamastudent's=Iamastudent>>s=char('b','a','b','y');>>s'ans=baby472.字符串473向量（1）向量的生成直接輸入法：>>x=[2468]x=2468冒號：>>a=1:2:7a=1357函數(shù)命令：>>x=linspace(0,10,6)x=0246810483向量48（2）向量的引用X(n)X(n1:n2)>>x=[12345];>>x(1:3)ans=12349（2）向量的引用49Isvector()：判斷是否為向量length（）：dot(a,b):cross(a,b):50503矩陣（1）矩陣的生成直接輸入法：>>A=[123;456;789]A=123456789513矩陣51利用M文件創(chuàng)建在M文件：as36中輸入：AA=[123456789];>>as36>>AAAA=12345678952利用M文件創(chuàng)建52特殊矩陣的創(chuàng)建zeros(m)zeros(m,n)eye(m)eye(m,n)ones(m)ones(m,n)rand(m)rand(m,n)……….53特殊矩陣的創(chuàng)建53>>zeros(3)ans=000000000>>zeros(2,3)ans=00000054>>zeros(3)54（2）矩陣元素的引用A(n,:)A(:,m)A(n,m)>>A=[123;456;789]>>A(:,3)ans=36955（2）矩陣元素的引用55（3）矩陣元素的修改D=[A;BC]A(n,:)=[]A(:,m)=[]A(n,m)=aA(n,:)=[a,b,…]A(:,m)=[a,b,…]‘56（3）矩陣元素的修改56>>A=[123;456];>>B=eye(2);>>BB=1001>>C=zeros(2,1)C=00>>D=[A;BC]D=12345610001057>>A=[123;456];57矩陣AD=size(A)[V,D]=eig(A)det(A)inv(A)rank（A）58矩陣A58例：>>A=magic(3)A=816357492>>D=size(A)D=33>>det(A)ans=-36059例：59>>[V,D]=eig(A)V=-0.5774-0.8131-0.3416-0.57740.4714-0.4714-0.57740.34160.8131D=15.00000004.8990000-4.8990>>E=eig(A)E=15.00004.8990-4.899060>>[V,D]=eig(A)60>>inv(A)ans=0.1472-0.14440.0639-0.06110.02220.1056-0.01940.1889-0.1028>>rank(A)ans=361>>inv(A)61A.2:運(yùn)算符A.2.1:算術(shù)運(yùn)算符＋－*/^A.2.2:關(guān)系運(yùn)算符＝＝～＝><>=<=A.2.3:邏輯運(yùn)算符&~|xor62A.2:運(yùn)算符A.2.1:算術(shù)運(yùn)算符62A.3:符號運(yùn)算>>f=sym('sin(x)')

f=

sin(x)

>>symsxy>>f=sin(x)+sin(y)

f=

sin(x)+sin(y)63A.3:符號運(yùn)算>>f=sym('sin(x)')63>>findsym(f)ans=x,y>>symsab;>>f1=subs(a+b,a,3)

f1=

3+b64>>findsym(f)64A.4:M文件命令文件（腳本文件）：s=1;fori=2:10s=s*i;enddisp('10的階乘為：');s>>as3310的階乘為：s=362880065A.4:M文件命令文件（腳本文件）：65>>whosNameSizeBytesClassi1x18doublearrays1x18doublearray66>>whos66函數(shù)文件：functions=jiecheng(n)%此函數(shù)用來求非負(fù)整數(shù)n的階乘，參數(shù)n要求非負(fù)ifn<0error('輸入?yún)?shù)不能為非負(fù)值');return;elseifn==0s=1;elses=1;fori=1:ns=s*i;endendendreturn;67函數(shù)文件：67>>jiecheng(10)ans=3628800>>jiecheng(-10)???Errorusing==>jiecheng輸入?yún)?shù)不能為非負(fù)值>>helpjiecheng此函數(shù)用來求非負(fù)整數(shù)n的階乘，參數(shù)n要求非負(fù)68>>jiecheng(10)68順序結(jié)構(gòu)：逐條運(yùn)行命令例：求的根a=input('a=?');b=input('b=?');c=input('c=?');d=b*b-4*a*c;x=[(-b+sqrt(d))/(2*a)(-b-sqrt(d))/(2*a)];disp(['x1=',num2str(x(1)),'x2=',num2str(x(2))]);a=?4b=?78c=?54x1=-0.7188x2=-18.7812A.6:程序設(shè)計69順序結(jié)構(gòu)：逐條運(yùn)行命令例：求的根a=input('a=?')選擇結(jié)構(gòu)：if表達(dá)式執(zhí)行語句end

（1）條件判斷（2）分支選擇結(jié)構(gòu)switch表達(dá)式case數(shù)值1程序模塊1；case數(shù)值2程序模塊2；……otherwise程序模塊end

70選擇結(jié)構(gòu)：if表達(dá)式（1）條件判斷（2）分支選擇結(jié)構(gòu)swclearn=input('輸入n=');switchfix(n/10)case{10,9}r='A';case8r='B'case7r='C'case6r='D'otherwiser='E'end打分程序輸入n=88r=B71clear打分程序輸入n=8871循環(huán)結(jié)構(gòu)：for循環(huán)變量=起始值：步長：終止值執(zhí)行語句end

m=input('m=');p=2:m;fori=2:sqrt(m)n=find(rem(p,i)==0&p~=i);p(n)=[];endp用篩選法求素數(shù)求得結(jié)果m=100235711131719232931374143475359616771737983899772循環(huán)結(jié)構(gòu)：for循環(huán)變量=起始值：步長：終止值m=inpA.7:程序調(diào)試%此程序段用來演示break命令s=1;fori=1:100i=i+s;%keyboard;ifi>50disp('已經(jīng)大于50，終止循環(huán)');break;endendi73A.7:程序調(diào)試%此程序段用來演示break命令73K>>dbstopat5inas34K>>ii=10K>>ss=1K>>dbstopinas34K>>dbstopiferrorK>>dbstopifnaninfK>>dbstopifinfnanK>>dbstopifwarningK>>dbstatus74K>>dbstopat5inas34K>>dbsBreakpointsforas34areonlines2,5.Stopiferror.Stopifwarning.Stopifnaninf.K>>declearat4inas34???Undefinedcommand/function'declear'.K>>dbclearat4inas34K>>dbclearinas34at4Breakpointsforas34areonlines2,5.Stopiferror.Stopifwarning.Stopifnaninf.K>>declearat4inas34???Undefinedcommand/function'declear'75Breakpointsforas34areonliK>>dbclearat4inas34K>>dbclearinas34at4K>>dbclearallinas34K>>dbclearallK>>dbcleariferrorK>>dbclearifnaninfK>>dbclearifwarning76K>>dbclearat4inas3476請同學(xué)們平時多加練習(xí)！只有平時多加練習(xí)方能掌握內(nèi)容！77請同學(xué)們平時多加練習(xí)！77機(jī)器人控制基礎(chǔ)32學(xué)時78機(jī)器人控制基礎(chǔ)32學(xué)時1學(xué)習(xí)本門課程有什么用？1入門，為進(jìn)一步研究做準(zhǔn)備2畢業(yè)設(shè)計3學(xué)分79學(xué)習(xí)本門課程有什么用？1入門，為進(jìn)一步研究做準(zhǔn)備2教材JohnJ.Craig，機(jī)械工業(yè)出版社，2006.680教材JohnJ.Craig，機(jī)械工業(yè)出版社，主要掌握的內(nèi)容1機(jī)器人的動力學(xué)模型(主要掌握)2機(jī)器人的基本控制方法81主要掌握的內(nèi)容1機(jī)器人的動力學(xué)模型4需要的基本知識：（1）理論力學(xué)；（2）控制理論；（3）Matlab;（4）微分方程和線性代數(shù).82需要的基本知識：5第一章緒論機(jī)器人的基本概念；

什么是機(jī)器人？機(jī)器人動力學(xué)與控制簡介。

（本課主要內(nèi)容簡介）83第一章緒論機(jī)器人的基本概念；6機(jī)器人“HRP-4C”在歡迎游客，售價大約為15萬英鎊這是世界上第一款時裝模特機(jī)器人84機(jī)器人“HRP-4C”在歡迎游客，售價大約為15萬英鎊7你能想想一個騎自行車的機(jī)器人能夠擁有連人類都無法做到的平衡能力嗎？近日，來自日本的一款名為MurataBoy的平衡機(jī)器人就讓人們大跌眼鏡。它可以通過內(nèi)置的多個感應(yīng)器配合智能調(diào)節(jié)裝置保持機(jī)器人近乎完美的平衡狀態(tài)，甚至在完全靜止的時候都可以紋絲不動。前置的超聲感應(yīng)裝置還可以讓機(jī)器人在遇到無法逾越的障礙物時自動停止，避免事故的發(fā)生。85你能想想一個騎自行車的機(jī)器人能夠擁有連人類都無法做到的平衡能蘋果MP4機(jī)器人86蘋果MP4機(jī)器人91.1機(jī)器人的基本概念1.1.1機(jī)器人的發(fā)展歷史（1）東漢張衡發(fā)明的指南車；（2）1768-1774，瑞士鐘表匠制作的木偶機(jī)器；（3）1920年，捷克劇作家KarelCapek首次提出Robota一詞；（4）1950年，美國科幻作家Assimov提出了機(jī)器人三守則；（5）1954年，美國人設(shè)計了第一臺電子可編程機(jī)器人；（6）1962年，美國GM公司設(shè)計使用的第一臺機(jī)器人Unimate。871.1機(jī)器人的基本概念1.1.1機(jī)器人的發(fā)展歷史10指南車木偶機(jī)器人

88指南車KarelCapekAssimov89KarelCapek可編程機(jī)器人Unimate90可編程機(jī)器人（7）1980年；機(jī)器人在日本得到普及；此年稱為‘機(jī)器人元年’；（8）1995年——今，機(jī)器人的產(chǎn)量每年遞增，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)興起；（9）機(jī)器人學(xué)興起，機(jī)器人向智能化發(fā)展。機(jī)器人常見的雜志IEEE《RoboticsResearch》《Robotics》《RoboticsandAutomation》機(jī)器人研究：美國的MIT機(jī)器人生產(chǎn)大國日本91（7）1980年；機(jī)器人在日本得到普及；此年稱為‘機(jī)器人14（1）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：機(jī)器人是一種自動的、位置可控的、具有編程能力的多功能機(jī)械手，這種機(jī)械手具有幾個軸，能夠借助于可編程序操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)。（2）美國機(jī)器人協(xié)會（RIA）的定義：

機(jī)器人是一種用于移動各種材料零件、工具和專用裝置的，通過可編程序動作來執(zhí)行各種任務(wù)的，具有編程能力的多功能機(jī)械手。1.1.2機(jī)器人的定義92（1）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的定義：1.1.2機(jī)器人的定（3）日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會（JIRA）的定義：工業(yè)機(jī)器人是一種裝備有記憶裝置和末端執(zhí)行器的、能夠轉(zhuǎn)動并通過自動完成各種移動來替代人類勞動的通用機(jī)器。（2）美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NSB）的定義：

機(jī)器人是一種能夠進(jìn)行編程并在自動控制下執(zhí)行某些操作和移動作業(yè)任務(wù)的機(jī)械裝置。1.1.2機(jī)器人的定義93（3）日本工業(yè)機(jī)器人協(xié)會（JIRA）的定義：1.1.2機(jī)器（1）機(jī)器人的動作機(jī)構(gòu)類似于人或人的某些器官；（2）機(jī)器人具有一定程度的智能；（3）機(jī)器人具有通用性；（4）機(jī)器人具有獨(dú)立性，一旦工作程序設(shè)定，機(jī)器人在工作時不需要人的干預(yù)；（5）機(jī)器人是人造的機(jī)械裝置。根據(jù)定義，可見機(jī)器人具有如下特點(diǎn)94（1）機(jī)器人的動作機(jī)構(gòu)類似于人或人的某些器官；根據(jù)定義，可見（1）按代替人的器官分：操作機(jī)器人、移動機(jī)器人、視覺機(jī)器人（2）按用途分：

工業(yè)機(jī)器人、極限操作/探索機(jī)器人、娛樂機(jī)器人（3）按控制方式分：操縱機(jī)器人、程序機(jī)器人、示教再現(xiàn)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)器人、智能機(jī)器人1.1.3機(jī)器人的種類95（1）按代替人的器官分：1.1.3機(jī)器人的種類18深藍(lán)計算機(jī)工業(yè)機(jī)器人5公斤搬運(yùn)機(jī)器人96深藍(lán)計算機(jī)工業(yè)機(jī)器人5公斤搬運(yùn)機(jī)器人19電子狗火星探測器電子眼數(shù)據(jù)手套“匯童”仿人機(jī)器人表演太極拳

97電子狗火星探測器電子眼數(shù)據(jù)手套“匯童”仿人機(jī)器人201.2操作臂的機(jī)構(gòu)與控制本課程的一些內(nèi)容:操作臂的動力學(xué)操作臂的控制981.2操作臂的機(jī)構(gòu)與控制本課程的一些內(nèi)容:21992210023控制任務(wù)是：把物體從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)。101控制任務(wù)是：把物體從A點(diǎn)移動到B點(diǎn)。24具體說來有以下內(nèi)容本課程的一些內(nèi)容1.2.1位姿描述坐標(biāo)系基坐標(biāo)系工具坐標(biāo)系102具體說來有以下內(nèi)容本課程的一些內(nèi)容1.2.1位姿描述坐標(biāo)1.2.2操作臂正運(yùn)動學(xué)運(yùn)動學(xué)（Kinematics）連桿、關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)：關(guān)節(jié)角移動關(guān)節(jié)：關(guān)節(jié)偏距自由度末端執(zhí)行器1031.2.2操作臂正運(yùn)動學(xué)運(yùn)動學(xué)（Kinematics）連1042710528正運(yùn)動學(xué)：給定一組關(guān)節(jié)角，計算工具坐標(biāo)系到基坐標(biāo)系的位姿表示，即關(guān)節(jié)空間到笛卡爾空間的變換。106正運(yùn)動學(xué)：給定一組關(guān)節(jié)角，計算工具坐標(biāo)系到基坐標(biāo)系的位姿表示1.2.3操作臂逆運(yùn)動學(xué)逆運(yùn)動學(xué)逆運(yùn)動學(xué)：給定操作臂末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，計算所有可達(dá)位置和姿態(tài)的關(guān)節(jié)角。操作臂的工作空間1071.2.3操作臂逆運(yùn)動學(xué)逆運(yùn)動學(xué)逆運(yùn)動學(xué)：給定操作臂末端1.2.4速度、靜力、奇異性機(jī)構(gòu)奇異性奇異點(diǎn)：雅可比矩陣不可逆的點(diǎn)。雅可比矩陣：關(guān)節(jié)空間的速度到笛卡爾空間速度的映射。關(guān)節(jié)力矩到接觸力和力矩的計算用到雅可比矩陣1081.2.4速度、靜力、奇異性機(jī)構(gòu)奇異性奇異點(diǎn)：雅可比矩陣109321.2.5動力學(xué)動力學(xué)的第二個作用是進(jìn)行仿真。動力學(xué)：為了控制操作臂的運(yùn)動，計算出通過關(guān)節(jié)驅(qū)動產(chǎn)生的復(fù)雜力矩函數(shù)。仿真:模擬，simulation,建立模型；在計算機(jī)上做實(shí)驗(yàn)。1101.2.5動力學(xué)動力學(xué)的第二個作用是進(jìn)行仿真。動力學(xué)：為1.2.6軌跡生成路徑點(diǎn)軌跡生成：如何計算運(yùn)動函數(shù)。樣條函數(shù)笛卡爾路徑生成1111.2.6軌跡生成路徑點(diǎn)軌跡生成：如何計算運(yùn)動函數(shù)。樣條用Matlab畫出的三次樣條函數(shù)112用Matlab畫出的三次樣條函數(shù)35焊接機(jī)器人

113焊接機(jī)器人3611437115381.2.7操作臂的設(shè)計與傳感器專用機(jī)器人：為特定任務(wù)設(shè)計的機(jī)器人。主要從預(yù)期任務(wù)進(jìn)行考慮通用機(jī)器人：能完成某幾類任務(wù)的機(jī)器人。1161.2.7操作臂的設(shè)計與傳感器專用機(jī)器人：為特定任務(wù)設(shè)計1.2.8操作臂的線性位置控制核心是知道動力學(xué)方程，主要講一下獨(dú)立關(guān)節(jié)控制和PID控制控制算法對位置和速度傳感器進(jìn)行檢測，以計算出驅(qū)動器的力矩指令。1171.2.8操作臂的線性位置控制核心是知道動力學(xué)方程，主要1.2.9操作臂的非線性位置控制非線性控制系統(tǒng)力控制是位置控制的補(bǔ)償混合控制方式，也就是說，在某些方向上用位置控制法則來控制，而其余方向通過力控制來實(shí)現(xiàn)。1181.2.9操作臂的非線性位置控制非線性控制系統(tǒng)力控制是位1.2.10可編程機(jī)器人機(jī)器人編程語言是用戶和工業(yè)機(jī)器人交互的接口。操作者將操作臂手臂上一個特殊的點(diǎn)指定為操作點(diǎn)，有時也叫做TCP(工具中心點(diǎn))，操作者可以操作點(diǎn)相對于用戶坐標(biāo)系的期望位置來描述機(jī)器人的運(yùn)動。1191.2.10可編程機(jī)器人機(jī)器人編程語言是用戶和工業(yè)機(jī)器人1.2.11離散編程和仿真離散編程系統(tǒng)是一個機(jī)器人編程環(huán)境?？梢哉J(rèn)為是一個仿真平臺。1201.2.11離散編程和仿真離散編程系統(tǒng)是一個機(jī)器人編程環(huán)附錄A：Matlab語言A.1:數(shù)據(jù)類型A.1.1:常量與變量變量2.常量piepsinfNaNi(j)121附錄A：Matlab語言A.1:數(shù)據(jù)類型A.1.1:>>pians=3.1416>>formatlong,pians=3.14159265358979122>>pi45A.1.2:Matlab數(shù)據(jù)類型數(shù)字變量abs(x)sqrt(x)real(x)image(x)round(x)sin(x)cos(x)tan(x)asin(x)accos(x)atan(x)atan2(x,y)變量的顯示格式：formatlongformatshort……123A.1.2:Matlab數(shù)據(jù)類型462.字符串>>s='Iamastudent's=Iamastudent>>s=char('b','a','b','y');>>s'ans=baby1242.字符串473向量（1）向量的生成直接輸入法：>>x=[2468]x=2468冒號：>>a=1:2:7a=1357函數(shù)命令：>>x=linspace(0,10,6)x=02468101253向量48（2）向量的引用X(n)X(n1:n2)>>x=[12345];>>x(1:3)ans=123126（2）向量的引用49Isvector()：判斷是否為向量length（）：dot(a,b):cross(a,b):127503矩陣（1）矩陣的生成直接輸入法：>>A=[123;456;789]A=1234567891283矩陣51利用M文件創(chuàng)建在M文件：as36中輸入：AA=[123456789];>>as36>>AAAA=123456789129利用M文件創(chuàng)建52特殊矩陣的創(chuàng)建zeros(m)zeros(m,n)eye(m)eye(m,n)ones(m)ones(m,n)rand(m)rand(m,n)……….130特殊矩陣的創(chuàng)建53>>zeros(3)ans=000000000>>zeros(2,3)ans=000000131>>zeros(3)54（2）矩陣元素的引用A(n,:)A(:,m)A(n,m)>>A=[123;456;789]>>A(:,3)ans=369132（2）矩陣元素的引用55（3）矩陣元素的修改D=[A;BC]A(n,:)=[]A(:,m)=[]A(n,m)=aA(n,:)=[a,b,…]A(:,m)=[a,b,…]‘133（3）矩陣元素的修改56>>A=[123;456];>>B=eye(2);>>BB=1001>>C=zeros(2,1)C=00>>D=[A;BC]D=123456100010134>>A=[123;456];57矩陣AD=size(A)[V,D]=eig(A)det(A)inv(A)rank（A）135矩陣A58例：>>A=magic(3)A=816357492>>D=size(A)D=33>>det(A)ans=-360136例：59>>[V,D]=eig(A)V=-0.5774-0.8131-0.3416-0.57740.4714-0.4714-0.57740.34160.8131D=15.00000004.8990000-4.8990>>E=eig(A)E=15.00004.8990-4.8990137>>[V,D]=eig(A)60>>inv(A)ans=0.1472-0.14440.0639-0.06110.02220.1056-0.01940.1889-0.1028>>rank(A)ans=3138>>inv(A)61A.2:運(yùn)算符A.2.1:算術(shù)運(yùn)算符＋－*/^A.2.2:關(guān)系運(yùn)算符＝＝～＝><>=<=A.2.3:邏輯運(yùn)算符&~|xor139A.2:運(yùn)算符A.2.1:算術(shù)運(yùn)算符62A.3:符號運(yùn)算>>f=sym('sin(x)')

f=

sin(x)

>>symsxy>>f=sin(x)+sin(y)

f=

sin(x)+sin(y)140A.3:符號運(yùn)算>>f=sym('sin(x)')63>>findsym(f)ans=x,y>>symsab;>>f1=subs(a+b,a,3)

f1=

3+b141>>findsym(f)64A.4:M文件命令文件（腳本文件）：s=1;fori=2:10s=s*i;enddisp('10的階乘為：');s>>as3310的階乘為：s=3628800142A.4:M文件命令文件（腳本文件）：65>>whosNameSizeBytesClassi1x18doublearrays1x18doublearray143>>whos66函數(shù)文件：functions=jiecheng(n)%此函數(shù)用來求非負(fù)整數(shù)n的階乘，參數(shù)n要求非負(fù)ifn<0error('輸入?yún)?shù)不能為非負(fù)值');return;elseifn==0s=1;elses=1;fori=1:ns=s*i;endendendreturn;144函數(shù)文件：67>>jiecheng(10)ans=3628800>>jiecheng(-10)???Errorusing==>jiecheng輸入?yún)?shù)不能為非負(fù)值>>helpjiecheng此函數(shù)用來求非負(fù)整數(shù)n的階乘，參數(shù)n要求非負(fù)145>>jiecheng(10)68順序結(jié)構(gòu)：逐條運(yùn)行命令例：求的根a=input('a=?');b=input('b=?');c=input('c=?');d=b*b-4*a*c;x=[(-b+sqrt(d))/(2*a)(-b-sqrt(d))/(2*a)];disp(['x1=',num2str(x(1)),'x2=',num2str(x(2))]);a=?4b=?78c=?54x1=-0.7188x2=-18.7812A.6:程序設(shè)計146順序結(jié)構(gòu)：