機械手的控制

機械手的控制第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.1機械人系統(tǒng)的組成3.1.1機械人系統(tǒng)示意機器人的功能：①動作和運動的控制②末端操作器/手爪的軌跡和力的再現(xiàn)③運動狀態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)定功能第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.1機械人系統(tǒng)的組成3.1.2機械人框圖第3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.2傳遞函數(shù)和方框圖3.2.1傳遞函數(shù)第4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.2傳遞函數(shù)和方框圖3.2.1傳遞函數(shù)第5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.2傳遞函數(shù)和方框圖3.2.1傳遞函數(shù)第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.2傳遞函數(shù)和方框圖3.2.1傳遞函數(shù)L=0第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.2傳遞函數(shù)和方框圖3.2.1傳遞函數(shù)第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.2傳遞函數(shù)和方框圖3.2.2方框圖第9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.2傳遞函數(shù)和方框圖3.2.2方框圖第10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.2傳遞函數(shù)和方框圖3.2.2方框圖第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.2傳遞函數(shù)和方框圖3.2.2方框圖第12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.3PID控制3.3.1PID控制的基本形式第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.3PID控制3.3.1PID控制的基本形式第14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.3PID控制3.3.1PID控制的基本形式第15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.3PID控制3.3.2實用的PID控制第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.3PID控制3.3.2實用的PID控制（1）微分超前型PD控制第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.3PID控制3.3.2實用的PID控制（1）微分超前型PD控制第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.3PID控制3.3.2實用的PID控制（1）微分超前型PD控制第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.3PID控制3.3.2實用的PID控制（2）I-PD控制第20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.4機械手的位置控制3.4.1手爪位置控制（1）使用逆運動學(xué)和關(guān)節(jié)角控制的方法第21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.4機械手的位置控制3.4.1手爪位置控制（2）注重靜力學(xué)關(guān)系的方法第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.4機械手的位置控制3.4.2動態(tài)控制第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.4機械手的位置控制3.4.2動態(tài)控制第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.1單自由度機械系統(tǒng)的阻抗控制第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.1單自由度機械系統(tǒng)的阻抗控制第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.1單自由度機械系統(tǒng)的阻抗控制（1）外力矩可計測的場合第27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.1單自由度機械系統(tǒng)的阻抗控制（2）關(guān)節(jié)角加速度可以檢出的場合第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.2機械手的阻抗控制手爪位置：手爪速度：手爪加速度：

靜力學(xué)關(guān)系式：控制對象：期望的動作：（3.65）

第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.2機械手的阻抗控制（1）外力可以計測的情況第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.2機械手的阻抗控制（2）關(guān)節(jié)角加速度可以檢出的情況第31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.2機械手的阻抗控制（3）既不需要檢出外力也不需要檢出關(guān)節(jié)角加速度

左乘第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.2機械手的阻抗控制第33頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.2機械手的阻抗控制（4）若手臂慢慢動作第34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.3機械手的混合控制手爪偏差提取：

力偏差提?。?/p>

位置控制規(guī)律：

力控制規(guī)律：

第35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.5機械手的力控制3.5.3機械手的混合控制

第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五東南大學(xué)遠程教育機器人原理及應(yīng)用第三十一講主講教師：王興松第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機械手的其他控制方式3.6.1機械手的模糊控制如果機器人的關(guān)節(jié)位置誤差為：則其PID控制為

第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五東南大學(xué)遠程教育機器人原理及應(yīng)用第二十二講主講教師：王興松第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.2模糊集合與模糊邏輯的基本概念一、模糊集合與集合計算符定義1模糊集合：設(shè)U為若干事件的總和，如U=Rn，我們稱U為論域，一個定義在U上的模糊集合F，由隸屬度函數(shù)來表征，這里的表示在模糊集合F上的隸屬程度。經(jīng)典的集合（確定集合）的隸屬度函數(shù)只取兩個值{0,1}。要么屬于，要么不屬于。因此模糊集合是經(jīng)典集合的推廣。第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.2模糊集合與模糊邏輯的基本概念定義2交集、并集和補集：設(shè)A和B是U上的兩個模糊集合。對所有的，A和B的交集是定義在U上的一個模糊集合，其隸屬度函數(shù)定義為：對所有的，A和B的并集是定義在U上的一個模糊集合，其隸屬度函數(shù)定義為：對所有的，A的補集是定義在U上的一個模糊集合，其隸屬度函數(shù)為：第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.2模糊集合與模糊邏輯的基本概念定義3模糊關(guān)系設(shè)U和V是兩個論域。模糊關(guān)系R是積空間UxV上的一個模糊集合，即當(dāng)時，R的隸屬函數(shù)為.

定義4模糊蘊涵設(shè)A和B分別為定義在U和V上的模糊集合,則由所表示的模糊蘊涵是定義在UxV上的一個特殊模糊關(guān)系,其隸屬度函數(shù)定義為:模糊與:模糊或:實質(zhì)蘊涵:命題演算:第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五東南大學(xué)遠程教育機器人原理及應(yīng)用第二十三講主講教師：王興松第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.2模糊集合與模糊邏輯的基本概念定義5廣義取式推理:前提1x為A’

前提2如果x為A,則y為B

結(jié)論y為B’

其中A‘、A、B’、B為模糊集合，x、y為語言變量定義6廣義取式推理:前提1y為B’

前提2如果x為A,則y為B

結(jié)論x為A’其中A‘、A、B’、B為模糊集合，x、y為語言變量第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.3模糊規(guī)則與模糊推理模糊規(guī)則是由如下形式的“如果---則”規(guī)則的總和組成R（l）：如果x1為F1l，且…，且xn為Fnl，則y為Gl；

Fil、Gl為模糊集合，xi為模糊變量。將變量模糊化后，經(jīng)過按照模糊規(guī)則的運算，獲得模糊結(jié)果，這個過程稱為一個模糊推理。模糊推理得到的模糊輸出，再經(jīng)過反模糊化，即可得到模糊推理的精確解。第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4模糊控制工作原理一個典型的模糊控制系統(tǒng)第46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4模糊控制工作原理例：一熱處理用的電熱爐，按工藝要求須保持爐溫600O不變。由于爐溫受零件數(shù)量、體積、環(huán)境溫度變化、電網(wǎng)電壓波動等影響，會出現(xiàn)波動所以要設(shè)計控制器?？刂品绞剑和ㄟ^改變可控硅的導(dǎo)通角實現(xiàn)；也可以通過PWM方式調(diào)節(jié)。人工調(diào)節(jié)時，通過面板上的電位器實現(xiàn)，計算機調(diào)節(jié)通過驅(qū)動線路實現(xiàn)。

第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4模糊控制工作原理典型的溫度控制電路如圖

INT1，INT2過零檢測，PB7觸發(fā)控制，AN0傳感器輸入A/D。第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4模糊控制工作原理人工操作時，根據(jù)經(jīng)驗，控制規(guī)則可以用語言描述如下：

如果爐穩(wěn)低于600OC則升壓，低得越多升壓越高；如果爐穩(wěn)高于600OC則降壓，高得越多降壓越低；如果爐穩(wěn)等于600OC則保持電壓不變；采用模糊控制時，其工作原理如下：1、模糊控制器的輸入變量與輸出變量設(shè)定爐溫t0=600，測量爐穩(wěn)t（K），則將誤差e(K)=t0-t(K)作為模糊控制的輸入變量。

輸出變量為：控制電壓u，可通過改變可控硅的導(dǎo)通角或PWM比例實現(xiàn)。第49頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4模糊控制工作原理2、輸入變量及輸出變量的模糊語言描述（模糊化）設(shè)描述輸入及輸出變量的語言值的模糊子集為：

{負(fù)大，負(fù)小，0，正小，正大}或記為{NB，NS，0，PS，PB}設(shè)誤差e的論域為X，并將誤差大小分為七個等級，為：-3，-2，-1，0，1，2，3，則有：X={-3，-2，-1，0，1，2，3}選控制變量u的論域為Y，并將其也分為七個等級，為：-3，-2，-1，0，1，2，3，則有：Y={-3，-2，-1，0，1，2，3}定義其隸屬度函數(shù)如圖：第50頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4模糊控制工作原理

由此得模糊變量賦值表：第51頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4模糊控制工作原理3、模糊控制規(guī)則的語言描述根據(jù)手動控制策略，規(guī)則為：（1）若e負(fù)大，則u正大；（2）若e負(fù)小，則u正??；（3）若e為零，則u為零；（4）若e正小，則u負(fù)?。唬?）若e正大，則u負(fù)大；由此可得控制規(guī)則表：eNBNS0PSPBuPBPS0NSNB第52頁，共57頁，2023年，2月20日，星期五Robotics控制3.6機器人關(guān)節(jié)控制的模糊算法3.6.4模糊控制工作原理4、模糊控制規(guī)則的矩陣形式模糊控制規(guī)則實際上是從誤差論域X到控制量論域Y的模糊關(guān)系R，可記為：從