機(jī)器人伺服控制系統(tǒng)及應(yīng)用技術(shù)-課件 第9、10章 液壓驅(qū)動(dòng)與控制、機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)

機(jī)器人伺服控制第九章液壓驅(qū)動(dòng)與控制主要內(nèi)容contents9.1液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9.2機(jī)器人液壓驅(qū)動(dòng)與控制實(shí)例液壓驅(qū)動(dòng)與控制9.1液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)利用液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能，通過(guò)液體壓力能的變化來(lái)傳遞能量，經(jīng)過(guò)各種控制閥和管路的傳遞，借助于液壓執(zhí)行元件(液壓缸或馬達(dá))把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它的作用和機(jī)械傳動(dòng)中的傳送帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件類(lèi)似9.1液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓驅(qū)動(dòng)方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機(jī)構(gòu)，常用于大型機(jī)器人關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)1-油箱2-泵3-溢流閥4-換向閥5-液壓缸6-節(jié)流閥液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理9.1.1液壓控制系統(tǒng)組成一般由指令元件、反饋檢測(cè)元件、比較元件、放大、轉(zhuǎn)換和控制元件、執(zhí)行元件及被控對(duì)象組成液壓控制系統(tǒng)組成框圖9.1.1液壓控制系統(tǒng)組成指令元件：按要求給出控制信號(hào)的元件，如計(jì)算機(jī)、PLC、指令電位器、單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)或其它電器等；反饋檢測(cè)元件：檢測(cè)被控制量，給出系統(tǒng)的反饋信號(hào)，如各種類(lèi)型的傳感器9.1.1液壓控制系統(tǒng)組成比較元件：把具有相同形式和量綱的輸入控制信號(hào)與反饋信號(hào)加以比較，給出偏差信號(hào)比較元件不一定單獨(dú)存在，可以與指令元件反饋檢測(cè)元件及放大器組合在一起，由一個(gè)結(jié)構(gòu)元件完成9.1.1液壓控制系統(tǒng)組成放大、轉(zhuǎn)換和控制元件：將偏差信號(hào)放大，并作為能量形式轉(zhuǎn)換，變成液壓信號(hào)，去控制執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)等）運(yùn)動(dòng)。一般是放大器、伺服閥、電液伺服閥，比例閥等執(zhí)行元件：直接對(duì)被控對(duì)象起作用的元件。如液壓缸、液壓馬達(dá)等被控對(duì)象：液壓系統(tǒng)的控制對(duì)象，一般是各類(lèi)負(fù)載裝置液壓缸將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的、作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)(或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng))的液壓執(zhí)行元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠。用它來(lái)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可免去減速裝置，并且沒(méi)有傳動(dòng)間隙，動(dòng)平穩(wěn)直線液壓缸9.1.1液壓控制系統(tǒng)組成液壓馬達(dá)又叫做旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)，是液壓系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式執(zhí)行元件旋轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)9.1.1液壓控制系統(tǒng)組成液壓閥單向閥：只允許油液向某一方向流動(dòng)，而反向截止，也稱為止回閥單向閥9.1.1液壓控制系統(tǒng)組成液壓閥-換向閥滑閥式換向閥是靠閥芯在閥體內(nèi)作軸向運(yùn)動(dòng)，而便相應(yīng)的油路接通或斷開(kāi)的換向閥滑閥式換向閥換向原理9.1.1液壓控制系統(tǒng)組成液壓閥-換向閥機(jī)械換向閥用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)中，作為限位裝置限位換向機(jī)械換向閥9.1.1液壓控制系統(tǒng)組成液壓閥-換向閥電磁換向閥用于在電氣裝置或控制裝置發(fā)出換向命令時(shí)，改變流體方向、從而改變機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)三位四通電磁換向閥9.1.1液壓控制系統(tǒng)組成開(kāi)環(huán)液壓控制和閉環(huán)液壓控制是液壓控制的兩類(lèi)基本控制方式9.1.2液壓控制系統(tǒng)分類(lèi)三種液壓控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)-用開(kāi)關(guān)閥建構(gòu)的液壓控制系統(tǒng)9.1.2液壓控制系統(tǒng)分類(lèi)電磁換向閥的閥芯有三個(gè)工作位置，左位、中位和右位?？梢钥刂朴吐返耐〝嗯c切換。對(duì)每一個(gè)閥口油路來(lái)說(shuō)只有兩種狀態(tài)，即完全打開(kāi)和完全關(guān)閉，所以電磁換向閥歸類(lèi)于電磁液壓開(kāi)關(guān)閥開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)-用比例閥建構(gòu)的液壓控制系統(tǒng)9.1.2液壓控制系統(tǒng)分類(lèi)比例液壓閥采用電信號(hào)控制閥芯進(jìn)行漸變移動(dòng)，從而控制閥口開(kāi)度漸變變化，調(diào)節(jié)比例液壓閥的壓降和流量等，并在一定程度上實(shí)現(xiàn)流量與控制信號(hào)間呈現(xiàn)比例變化閉環(huán)控制系統(tǒng)-用伺服閥建構(gòu)的液壓控制系統(tǒng)9.1.2液壓控制系統(tǒng)分類(lèi)電液伺服閥是高性能液壓控制元件，具有很高的控制精度、很快的響應(yīng)速度，不足的是電液伺服閥價(jià)格很高閉環(huán)液壓控制系統(tǒng)，不僅存在控制器對(duì)被控對(duì)象的前向控制作用，還存在被控對(duì)象對(duì)控制器的反饋?zhàn)饔瞄_(kāi)環(huán)液壓控制采用普通液壓閥和比例液壓閥的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)與液壓傳動(dòng)系統(tǒng)有很大的技術(shù)重合，幾乎采用相同類(lèi)型的液壓元件和液壓回路開(kāi)環(huán)液壓控制系統(tǒng)性能主要由所用液壓元件的性能實(shí)現(xiàn)。開(kāi)環(huán)系統(tǒng)精度取決于系統(tǒng)各個(gè)組成元件的精度，系統(tǒng)的響應(yīng)特性直接與各個(gè)組成元件的響應(yīng)特性有關(guān)液壓開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)無(wú)法對(duì)外部干擾和內(nèi)部參數(shù)變化引起的系統(tǒng)輸出變化進(jìn)行抑制或補(bǔ)償9.1.2液壓控制系統(tǒng)分類(lèi)開(kāi)環(huán)液壓控制從系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面看，開(kāi)環(huán)液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制系統(tǒng)一定是穩(wěn)定的，因此系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)安裝等均相對(duì)容易，而且還可以借鑒液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。開(kāi)環(huán)液壓控制系統(tǒng)與液壓傳動(dòng)系統(tǒng)具有較多的共性，區(qū)別主要是側(cè)重點(diǎn)有所不同開(kāi)環(huán)液壓系統(tǒng)經(jīng)常用于控制精度要求不高，外部環(huán)境干擾較小，內(nèi)部參數(shù)變化不大，并且允許系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢的情況9.1.2液壓控制系統(tǒng)分類(lèi)閉環(huán)液壓控制經(jīng)常采用電液伺服閥或直驅(qū)閥作控制元件也稱液壓反饋控制系統(tǒng)，依據(jù)反饋?zhàn)饔迷砉ぷ鏖]環(huán)液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形成閉環(huán)回路。閉環(huán)控制系統(tǒng)存在穩(wěn)定性問(wèn)題，控制精度與動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度均需細(xì)致設(shè)計(jì)與調(diào)試，所以閉環(huán)系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試等均較為繁瑣采用閉環(huán)控制(反饋控制)方式，用精度相對(duì)不高、抗干擾能力相對(duì)不強(qiáng)的液壓元件有可能建構(gòu)控制精度高和抗干擾能力強(qiáng)的控制系統(tǒng)，或者在現(xiàn)有液壓元件性能的條件下，有可能利用閉環(huán)控制獲取更好的控制系統(tǒng)性能及控制效果9.1.2液壓控制系統(tǒng)分類(lèi)早在第一次世界大戰(zhàn)前，液壓伺服控制已開(kāi)始應(yīng)用于海軍艦艇中，作為操舵裝置到第二次世界大戰(zhàn)期間及以后，由于軍事的刺激，自動(dòng)控制特別是武器和飛行器控制系統(tǒng)的研究得到進(jìn)一步的發(fā)展。液壓伺服控制因響應(yīng)快，精度高和功率一重量比大等特點(diǎn)而受到特別的重視。特別是近幾十年，由于整個(gè)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，尤其是軍事和航空航天技術(shù)的發(fā)展，促使液壓伺服控制得到迅速發(fā)展9.1.3液壓伺服系統(tǒng)機(jī)械液壓伺服控制出現(xiàn)較早，用在飛機(jī)上作為液壓助力器，操縱飛機(jī)舵面40年代，首先在飛機(jī)上出現(xiàn)了電液伺服系統(tǒng)。但該系統(tǒng)中的滑閥由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，作為電液轉(zhuǎn)換器。伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)間常數(shù)較大，這限制了電液伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。隨著超音速飛機(jī)的發(fā)展，要求伺服系統(tǒng)反應(yīng)速度越來(lái)越高，特別是像導(dǎo)彈控制，這就促進(jìn)了快速電液伺服控制系統(tǒng)的產(chǎn)生與發(fā)展。50年代初，出現(xiàn)快速響應(yīng)的永磁力矩馬達(dá)，力矩馬達(dá)與滑閥結(jié)合，形成了電液伺服閥。50年代末，又出現(xiàn)了以噴嘴擋板閥作為第一級(jí)的電液伺服閥，進(jìn)一步提高了電液伺服閥的快速性9.1.3液壓伺服系統(tǒng)60年代，各種結(jié)構(gòu)的電液伺服閥相繼出現(xiàn)，其性能日趨完善。由于電液伺服閥和電子技術(shù)的發(fā)展，使電液伺服系統(tǒng)得到迅速的發(fā)展目前，液壓伺服系統(tǒng)特別是電液伺服系統(tǒng)已成為武器自動(dòng)化和工業(yè)自動(dòng)化的一個(gè)重要方面。凡是需要大功率、快速、精確反應(yīng)的控制系統(tǒng)，都已經(jīng)有了應(yīng)用在國(guó)防工業(yè)中，如飛機(jī)的操縱系統(tǒng)、導(dǎo)彈的自動(dòng)控制系統(tǒng)、火炮操縱系統(tǒng)、坦克火炮穩(wěn)定裝置、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)和艦艇的操舵裝置等系統(tǒng)中在一般工業(yè)中，用于機(jī)床、冶煉、軋鋼、鑄鍛、動(dòng)力、工程機(jī)械、礦山機(jī)械、建筑機(jī)械、拖拉機(jī)、船舶等系統(tǒng)中9.1.3液壓伺服系統(tǒng)凡是采用液壓控制元件和液壓執(zhí)行元件，根據(jù)液壓傳動(dòng)原理建立起來(lái)的伺服系統(tǒng)液壓伺服控制是復(fù)雜的液壓控制方式，液壓伺服控制系統(tǒng)是一種閉環(huán)液壓控制系統(tǒng)也稱液壓隨動(dòng)系統(tǒng)輸出量(位移、速度、力等)能夠自動(dòng)地、快速而準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)輸入量的變化規(guī)律9.1.3液壓伺服系統(tǒng)圖示為一液壓伺服系統(tǒng)原理圖，xi為閥芯位移(做為系統(tǒng)的輸入量)，xv缸體位移(做為系統(tǒng)的輸出量)，系統(tǒng)中閥體和缸體作成一體，構(gòu)成反饋連接系統(tǒng)中輸出位移能夠精確地復(fù)現(xiàn)輸入位移的變化，同時(shí)它輸入的機(jī)械量轉(zhuǎn)換成很大的輸出力，因此也是一個(gè)功率放大裝置9.1.3液壓伺服系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)與一般的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)相比盡管同樣有液壓泵(能源)、液壓馬達(dá)或液壓缸執(zhí)行元件)和控制元件，但液壓伺服系統(tǒng)抗負(fù)載的剛度大，即輸出位移受負(fù)載變化的影響小，定位準(zhǔn)確，控制精度更高是一個(gè)跟蹤系統(tǒng)，被控制對(duì)象能自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)并隨其變化而動(dòng)作是一個(gè)信號(hào)放大系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出信號(hào)功率是系統(tǒng)的輸人信號(hào)功率的數(shù)倍甚至數(shù)千倍9.1.3液壓伺服系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)與一般的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)相比是一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)：被控制對(duì)象（或執(zhí)行元件）產(chǎn)生的輸出量（運(yùn)動(dòng)量）必須經(jīng)檢測(cè)反饋元件輸回到比較元件，力圖抵消使被控制對(duì)象產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的輸入信號(hào)，即力圖使偏差信號(hào)減小到零，從而形成一個(gè)負(fù)反饋閉環(huán)系統(tǒng)是一個(gè)誤差控制系統(tǒng)：執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只取決于輸入信號(hào)與反饋信號(hào)的偏差大小，而與其他無(wú)關(guān)。當(dāng)偏差信號(hào)為零時(shí)，執(zhí)行元件不動(dòng)；當(dāng)偏差信號(hào)為正(負(fù))時(shí)，執(zhí)行元件正(反)向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)偏差信號(hào)絕對(duì)值增大(減小)時(shí)，執(zhí)行元件輸出的力和速度增大(減小)9.1.3液壓伺服系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作快，換向迅速與機(jī)電系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比，固有頻率通常較高液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積和重量遠(yuǎn)小于相同功率的機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積和重量隨著功率的增加液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體積和重量的增加遠(yuǎn)比機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)增加的慢，前者主要靠增大液體流量和壓力來(lái)增加功率，雖然動(dòng)力機(jī)構(gòu)的體積和重量也會(huì)因此增加一些，但可以采用高強(qiáng)度和輕金屬材料來(lái)減少體積和重量液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn)、抗干擾能力強(qiáng)，特別是低速性能好，而機(jī)電系統(tǒng)的傳遞平穩(wěn)性較差，而且易受到電磁波等各種外干擾的影響液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)速范圍廣，功率增益高9.1.3液壓伺服系統(tǒng)液壓伺服系統(tǒng)缺點(diǎn)液壓信號(hào)傳遞速度慢不易進(jìn)行校正，而電信號(hào)則是按光速來(lái)傳遞信息，而且易于綜合和校正液壓伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工精度高，因而成本高液體的體積彈性模數(shù)隨溫度和混入油中的空氣含量而變漏油是液壓系統(tǒng)的弱點(diǎn)，它不僅污染環(huán)境，而且容易引發(fā)火災(zāi)。液壓油易受污染，并可造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)堵塞9.1.3液壓伺服系統(tǒng)按照控制系統(tǒng)各組成元件的線性情況分類(lèi)按照控制系統(tǒng)是否包含非線性組成元件，液壓控制系統(tǒng)可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)按照控制系統(tǒng)各組成元件中控制信號(hào)的連續(xù)情況分類(lèi)按照控制系統(tǒng)中控制信號(hào)是否均為連續(xù)信號(hào)，液壓控制系統(tǒng)可以分為連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)按照被控物理量分類(lèi)位置控制、速度控制、力控制和其它物理量控制系統(tǒng)9.1.4液壓伺服系統(tǒng)分類(lèi)按照液壓控制元件或控制方式分類(lèi)可分為閥控系統(tǒng)（節(jié)流控制方式）和泵控系統(tǒng)（容積控制方式）進(jìn)一步按照液壓執(zhí)行元件分類(lèi)，閥控系統(tǒng)可分為閥控液壓缸系統(tǒng)和閥控液壓馬達(dá)系統(tǒng)；泵控系統(tǒng)可分為泵控液壓缸系統(tǒng)和泵控液壓馬達(dá)系統(tǒng)按照信號(hào)傳遞介質(zhì)分類(lèi)機(jī)械液壓控制系統(tǒng)、電氣液壓控制系統(tǒng)等9.1.4液壓伺服系統(tǒng)分類(lèi)9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)通過(guò)使用電液伺服閥，將小功率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓動(dòng)力由電液伺服閥構(gòu)成的伺服系統(tǒng)稱為電液伺服系統(tǒng)電液伺服閥已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。我國(guó)70年代開(kāi)始批量生產(chǎn)QDY系列和DY系列電液伺服閥QDY系列伺服閥屬于干式力矩馬達(dá)噴嘴擋板滑閥式力反饋伺服，該系列電液伺服閥性能質(zhì)量都非常過(guò)關(guān)，應(yīng)用較多DY系列伺服閥是動(dòng)圈雙級(jí)滑閥式伺服閥，冶金礦山行業(yè)用的較多9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)通過(guò)使用電液伺服閥，將小功率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為大功率的液壓動(dòng)力由電液伺服閥構(gòu)成的伺服系統(tǒng)稱為電液伺服系統(tǒng)電液伺服閥已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。我國(guó)70年代開(kāi)始批量生產(chǎn)QDY系列和DY系列電液伺服閥QDY系列伺服閥屬于干式力矩馬達(dá)噴嘴擋板滑閥式力反饋伺服，該系列電液伺服閥性能質(zhì)量都非常過(guò)關(guān)，應(yīng)用較多DY系列伺服閥是動(dòng)圈雙級(jí)滑閥式伺服閥，冶金礦山行業(yè)用的較多9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液伺服閥：力矩馬達(dá)和液壓放大器組成力矩馬達(dá)組成由一對(duì)永久磁鐵1、導(dǎo)磁體2和4、銜鐵3、線圈5和內(nèi)部懸置擋板7及彈簧管6等組成液壓放大器組成前置放大器：前置放大級(jí)是一個(gè)雙噴嘴擋板閥，它主要由擋板7、噴嘴8、節(jié)流孔10和濾油器11組成功率放大器：功率放大級(jí)主要由滑閥9和擋板下部的反饋彈簧片組成9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液伺服閥：力矩馬達(dá)和液壓放大器組成力矩馬達(dá)工作原理磁鐵把導(dǎo)磁體磁化成N、S極，形成磁場(chǎng)銜鐵和擋板固連由彈簧支撐位于導(dǎo)磁體中間。擋板下端球頭嵌放在滑閥中間凹槽內(nèi)線圈無(wú)電流時(shí)，力矩馬達(dá)無(wú)力矩輸出，擋板處于兩噴嘴中間；當(dāng)輸入電流通過(guò)線圈使銜鐵3左端被磁化為N極，右端為S極，銜鐵逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)彈簧管彎曲產(chǎn)生反力矩，使銜鐵轉(zhuǎn)過(guò)θ角。電流越大θ角就越大，力矩馬達(dá)把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為力矩信號(hào)輸出9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液伺服閥：力矩馬達(dá)和液壓放大器組成前置放大級(jí)工作原理壓力油經(jīng)濾油器和節(jié)流孔流到滑閥左、右兩端油腔和兩噴嘴腔，由噴嘴噴出，經(jīng)閥9中部流回油箱力矩馬達(dá)無(wú)輸出信號(hào)時(shí)，擋板不動(dòng)，滑閥兩端壓力相等。當(dāng)矩馬達(dá)有信號(hào)輸出時(shí)，擋板偏轉(zhuǎn)，兩噴嘴與擋板之間間隙不等，致使滑閥兩端壓力不等，推動(dòng)閥芯移動(dòng)9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液伺服閥：力矩馬達(dá)和液壓放大器組成功率放大級(jí)工作原理當(dāng)前置放大級(jí)有壓差信號(hào)使滑閥閥芯移動(dòng)時(shí)，主油路被接通滑閥位移后的開(kāi)度正比于力矩馬達(dá)輸入電流，則閥的輸出流量和輸入電流成正比；當(dāng)輸入電流反向時(shí)，輸出流量也反向滑閥移動(dòng)同時(shí)，擋板下端的小球亦隨同移動(dòng)，使擋板彈簧片產(chǎn)生彈性反力，阻止滑閥繼續(xù)移動(dòng)；擋板變形又使它在兩噴嘴間的位移量減小，實(shí)現(xiàn)了反饋9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液伺服閥：力矩馬達(dá)和液壓放大器組成功率放大級(jí)工作原理當(dāng)滑閥上的液壓作用力和擋板彈性反力平衡時(shí)，滑閥便保持在這一開(kāi)度上不再移動(dòng)輸入電流為0時(shí)，閥芯在反饋桿的反力矩作用下回到中位，伺服閥處于不工作狀態(tài)。因此，電液伺服閥是精確控制輸出流量的閥，輸出流量的大小與輸入電流的大小成正比9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)QDY的基本組成9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)模擬伺服系統(tǒng)全部信號(hào)都是連續(xù)的模擬量，模擬伺服系統(tǒng)重復(fù)精度高，但分辨能力較低(絕對(duì)精度低)精度在很大程度上取決于檢測(cè)裝置精度，另外模擬式檢測(cè)裝置精度一般低于數(shù)字式檢測(cè)裝置。所以模擬伺服系統(tǒng)分辨能力低于數(shù)字伺服系統(tǒng)模擬伺服系統(tǒng)中微小信號(hào)容易受到噪聲和零漂的影響、因此當(dāng)輸入信號(hào)接近或小于輸入端的噪聲和零漂時(shí)，就不能進(jìn)行有效的控制模擬電液控制系統(tǒng)9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)數(shù)字伺服系統(tǒng)在數(shù)字伺服系統(tǒng)中，全部信號(hào)或部分信號(hào)是離散參量數(shù)字伺服系統(tǒng)又分為全數(shù)字伺服系統(tǒng)和數(shù)字-模擬伺服系統(tǒng)兩種數(shù)字電液控制系統(tǒng)9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)的動(dòng)力元件分為閥控式和泵控式兩種基本型式，但采用的指令裝置、反饋測(cè)量裝置和放大、校正的電子部件不同，就構(gòu)成了不同的系統(tǒng)1—反饋放大器2—機(jī)架3—液壓缸4—電子伺服放大器5—電液伺服閥6—粘性阻力負(fù)載7—慣性負(fù)載9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)的動(dòng)力元件分為閥控式和泵控式兩種基本型式，但采用的指令裝置、反饋測(cè)量裝置和放大、校正的電子部件不同，就構(gòu)成了不同的系統(tǒng)9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液位置伺服控制系統(tǒng)該系統(tǒng)控制工作臺(tái)的位置，使之按照指令電位器給定的規(guī)律變化指令電位器將滑臂的位置指令xg轉(zhuǎn)換成電壓ug。工作臺(tái)位置xf由反饋電位器檢測(cè)，轉(zhuǎn)換成電壓uf兩個(gè)電位器接成橋式回路，電橋的輸出電壓△u＝ug－uf＝k(xg－xf)，k為電位器增益當(dāng)工作臺(tái)位置xf與指令位置xg一致時(shí)，xf＝xg，即△u＝09.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液位置伺服控制系統(tǒng)電液伺服閥處于零位，沒(méi)有流量進(jìn)出系統(tǒng)，工作臺(tái)不動(dòng)當(dāng)指令電位器向右移動(dòng)一個(gè)位移△u＝k△xg,經(jīng)放大去控制電液伺服閥，輸出壓力油推動(dòng)工作臺(tái)右移，同時(shí)使工作臺(tái)位移增加，當(dāng)增量為△u＝xf＋△xf－xg－△xg＝0，工作臺(tái)重新停止9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液位置伺服控制系統(tǒng)系統(tǒng)是一個(gè)電量反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)其工作原理方塊圖如下9.1.5電液伺服控制系統(tǒng)電液速度伺服控制系統(tǒng)測(cè)速發(fā)電機(jī)：將輸出轉(zhuǎn)換為反饋電壓信號(hào)Uf,是反饋裝置9.1.6電液比例控制系統(tǒng)電液比例控制技術(shù)是介于普通液壓閥的開(kāi)關(guān)控制技術(shù)和電液伺服控制技術(shù)之間的控制方式比例控制技術(shù)主要表現(xiàn)在三個(gè)方面采用了壓力、流量、位移、動(dòng)壓等反饋及電校正手段，提高了閥的穩(wěn)態(tài)精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)，這些標(biāo)志著比例控制設(shè)計(jì)原理已經(jīng)完善比例技術(shù)與插裝閥已經(jīng)結(jié)合，誕生了比例插裝技術(shù)以比例控制泵為代表的比例容積元件的誕生，進(jìn)一步擴(kuò)大了比例控制技術(shù)的應(yīng)用9.1.6電液比例控制系統(tǒng)比例閥的工作原理和類(lèi)型按主要功能分類(lèi)，分為壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥、比例復(fù)合控制閥電液比例閥的組成9.1.6電液比例控制系統(tǒng)比例閥的工作原理和類(lèi)型比例控制的核心是比例閥。比例閥的輸入單元是電-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，它將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械量。轉(zhuǎn)換器有伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)、力馬達(dá)和力矩馬達(dá)、比例電磁鐵等形式常用的比例閥大都采用比例電磁鐵，比例電磁鐵根據(jù)電磁原理設(shè)計(jì)，能使其產(chǎn)生的機(jī)械量（力或力矩和位移）與輸入電信號(hào)（電流）的大小成比例，再連續(xù)地控制液壓閥閥芯的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)連續(xù)地控制液壓系統(tǒng)的壓力、方向和流量1—推桿

2—銷(xiāo)釘

3—線圈

4—銜鐵9.1.6電液比例控制系統(tǒng)比例電磁鐵的類(lèi)型按照工作原理力控制型：行程短，只有1.5mm，輸出力與輸入電流成正比，常用在比例閥的先導(dǎo)控制級(jí)上行程控制型：由力控制型加負(fù)載彈簧共同組成，電磁鐵輸出的力通過(guò)彈簧轉(zhuǎn)換成輸出位移，輸出位移與輸入電流成正比，工作行程3mm，線性度好，可以用在直控式比例閥上位置調(diào)節(jié)型：銜鐵的位置由閥內(nèi)的傳感器檢測(cè)后，發(fā)出一個(gè)閥內(nèi)反饋信號(hào)，在閥內(nèi)進(jìn)行比較后重新調(diào)節(jié)銜鐵的位置，閥內(nèi)形成閉環(huán)控制，精度高，銜鐵的位置與力無(wú)關(guān)，在精度上幾乎可以和伺服閥相比，國(guó)際上不少著名公司生產(chǎn)的比例閥都采用這種結(jié)構(gòu)9.1.6電液比例控制系統(tǒng)比例控制系統(tǒng)有直接比例控制和電液比例控制，本質(zhì)上與伺服系統(tǒng)控制相似根據(jù)有無(wú)反饋分為開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制比例閥控液壓缸或馬達(dá)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)速度、位移、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的控制開(kāi)環(huán)比例控制系統(tǒng)職能圖

9.1.6電液比例控制系統(tǒng)比例控制系統(tǒng)閉環(huán)比例控制系統(tǒng)職能圖9.1.6電液比例控制系統(tǒng)電液伺服系統(tǒng)與比例伺服系統(tǒng)的比較9.1.7電液數(shù)字控制系統(tǒng)增量式電液數(shù)字閥采用脈沖數(shù)字調(diào)制演變而成的增量控制方式，以步進(jìn)電機(jī)作為電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動(dòng)液壓閥芯工作，因此又稱為步進(jìn)式數(shù)字閥增量式數(shù)字閥控制系統(tǒng)工作原理圖9.1.7電液數(shù)字控制系統(tǒng)增量式電液數(shù)字閥采用脈沖數(shù)字調(diào)制演變而成的增量控制方式，以步進(jìn)電機(jī)作為電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動(dòng)液壓閥芯工作，因此又稱為步進(jìn)式數(shù)字閥增量式電液數(shù)字流量閥結(jié)構(gòu)1—步進(jìn)電機(jī)；2—滾珠絲桿；3—節(jié)流閥閥芯；4—閥套；5—連桿；6—零位移傳感器9.1.7電液數(shù)字控制系統(tǒng)脈寬調(diào)節(jié)（PWM）式高速開(kāi)關(guān)數(shù)字閥脈寬調(diào)節(jié)式高速開(kāi)關(guān)數(shù)字閥（簡(jiǎn)稱高速開(kāi)關(guān)數(shù)字閥）的控制信號(hào)是一系列幅值相等、而在每一周期內(nèi)寬度不同的脈沖信號(hào)脈寬調(diào)節(jié)式高速開(kāi)關(guān)數(shù)字閥控制系統(tǒng)工作原理9.1.7電液數(shù)字控制系統(tǒng)脈寬調(diào)節(jié)（PWM）式高速開(kāi)關(guān)數(shù)字閥高度開(kāi)關(guān)式數(shù)字控制閥有二位二通和二位三通兩種，兩者又各有常開(kāi)和常閉兩類(lèi)，為了減少泄露和提高壓力，閥芯一般采用球閥或者錐閥結(jié)構(gòu)，也有采用噴嘴擋板閥1-線圈錐閥芯；2-銜鐵；3、8-推桿；

4、7-先導(dǎo)級(jí)球閥；5、6-功率級(jí)球閥力矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的球閥式二位二通高速開(kāi)關(guān)數(shù)字閥結(jié)構(gòu)圖9.1.8發(fā)展趨勢(shì)集成化、數(shù)字化、微型化、超大型化和超重型化插裝等新型安裝方式的液壓元件獲得廣泛應(yīng)用，多個(gè)多種功能的液壓控制閥可安裝到一個(gè)油路塊上實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能，體現(xiàn)了集成化發(fā)展趨勢(shì)電子技術(shù)特別是總線技術(shù)發(fā)展，促使液壓技術(shù)向數(shù)字方向發(fā)展。液壓閥內(nèi)部嵌入含電子控制的電子電路，液壓控制閥可接收數(shù)字信號(hào)，并可通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)改變液壓控制閥的性能，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化補(bǔ)償?shù)裙δ苄虏牧虾托录夹g(shù)的發(fā)展及在液壓控制領(lǐng)域應(yīng)用促使新型液壓控制元件研制出來(lái)。特別是體積小、性能高的液壓元件。液壓元件小型化和微型化為液壓控制技術(shù)在更廣泛領(lǐng)域應(yīng)用創(chuàng)造了條件，如機(jī)器人、醫(yī)療器械、運(yùn)動(dòng)機(jī)械9.1.9應(yīng)用案例F1賽車(chē)中應(yīng)用液壓控制技術(shù)伺服閥、電磁鐵、燃油調(diào)節(jié)器及液壓缸DDV閥與動(dòng)力轉(zhuǎn)向閥9.1.9應(yīng)用案例材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)大功率、材料試驗(yàn)加載大多采用了液壓控制9.1.9應(yīng)用案例四自由度飛行模擬器重負(fù)荷、高動(dòng)態(tài)四個(gè)自由度四個(gè)作動(dòng)器9.1.9應(yīng)用案例四個(gè)自由度分別由四個(gè)電液伺服作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)每個(gè)作動(dòng)器都構(gòu)成一個(gè)電液伺服系統(tǒng)四自由度飛行模擬器9.1.9應(yīng)用案例超大型地震臺(tái)具有8個(gè)液壓伺服作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)6個(gè)自由度控制頻率響應(yīng)非常高9.1.9應(yīng)用案例飛機(jī)控制系統(tǒng)9.1.9應(yīng)用案例機(jī)器人機(jī)械手伸縮運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)以伸縮伺服系統(tǒng)為例主要由電液伺服閥1、液壓缸2、活塞桿帶動(dòng)的機(jī)械手臂3、齒輪齒條機(jī)構(gòu)4、電位器5、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)6和放大器7等元件組成9.2實(shí)例分析機(jī)械手伸縮運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)以伸縮伺服系統(tǒng)為例主要由電液伺服閥1、液壓缸2、活塞桿帶動(dòng)的機(jī)械手臂3、齒輪齒條機(jī)構(gòu)4、電位器5、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)6和放大器7等元件組成工作原理由數(shù)控裝置發(fā)出的脈沖信號(hào)，使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)電位器5的動(dòng)觸頭順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度θi，使動(dòng)觸頭偏離電位器中位，產(chǎn)生微弱電壓u1，經(jīng)放大器7放大成u2后輸入電液伺服閥1的控制線圈，產(chǎn)生一定的開(kāi)口量9.2實(shí)例分析機(jī)械手伸縮運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)以伸縮伺服系統(tǒng)為例主要由電液伺服閥1、液壓缸2、活塞桿帶動(dòng)的機(jī)械手臂3、齒輪齒條機(jī)構(gòu)4、電位器5、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)6和放大器7等元件組成工作原理此時(shí)壓力油以流量q流經(jīng)閥的開(kāi)口進(jìn)入缸左腔，缸右腔油經(jīng)伺服閥回油箱，活塞連同機(jī)械手手臂一起向右移動(dòng)，行程為xv當(dāng)電位器中位和觸頭重合時(shí)，輸出電壓為零，閥口關(guān)閉，手臂移動(dòng)停止。手臂移動(dòng)行程決定于脈沖數(shù)量，速度決定于脈沖頻率當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)反向脈沖時(shí)，步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，手臂縮回9.2實(shí)例分析四足機(jī)器人四足機(jī)器人采用液壓缸-伺服閥驅(qū)動(dòng)單元，通過(guò)NI-PXI硬件平臺(tái)驅(qū)動(dòng)缸閥單元來(lái)控制機(jī)器人12個(gè)主動(dòng)關(guān)節(jié)為了便于設(shè)計(jì)和維修，腿部和集成閥塊都采用模塊化設(shè)計(jì)9.2實(shí)例分析四足機(jī)器人9.2實(shí)例分析機(jī)身由12根空心管和4塊肋板通過(guò)圓螺母連接而成，材料為航空鋁合金7075，肋板采用鏤空結(jié)構(gòu)，厚度為10mm，機(jī)身兩端的兩塊鋁板用于安裝側(cè)擺液壓缸，腿安裝在肋板上的側(cè)板軸承座上為了提高運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，把放大器和安裝了伺服閥的集成閥塊單元安裝在了機(jī)身中部，這樣可以減少運(yùn)動(dòng)過(guò)程中質(zhì)心相對(duì)于幾何中心的位置變化四足機(jī)器人9.2實(shí)例分析腿由髖部、大腿、小腿三段組成，材料為航空鋁合金7075

液壓缸通過(guò)兩端的球軸承和銷(xiāo)安裝在各段腿之間，關(guān)節(jié)處采用旋轉(zhuǎn)軸連接并安裝了角度傳感器銷(xiāo)和軸采用階梯形式小腿桿采用中空?qǐng)A柱形式，其與足之間還安裝了三維力傳感器，用于測(cè)量足端受力為了抗沖擊和防止著地時(shí)的滑動(dòng)，在球形足底外面包裹了一層橡膠腿部結(jié)構(gòu)圖

四足機(jī)器人-液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9.2實(shí)例分析由泵站、油箱、過(guò)濾器、蓄能器、伺服閥放大器，伺服閥，液壓缸，油管等構(gòu)成伺服液壓缸及連接耳軸四足機(jī)器人-液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9.2實(shí)例分析由泵站、油箱、過(guò)濾器、蓄能器、伺服閥放大器，伺服閥，液壓缸，油管等構(gòu)成伺服閥及伺服閥放大器四足機(jī)器人-液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9.2實(shí)例分析由泵站、油箱、過(guò)濾器、蓄能器、伺服閥放大器，伺服閥，液壓缸，油管等構(gòu)成集成閥塊四足機(jī)器人9.2實(shí)例分析缸閥驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)恿W(xué)模型：采用伺服閥（圓柱滑閥）和液壓缸（非對(duì)稱）作為液壓動(dòng)力單元來(lái)驅(qū)動(dòng)腿部各個(gè)關(guān)節(jié)ps

為泵站供油壓力，pt

為泵站回油壓力，A1、p1

、q1分別為無(wú)桿腔面積、壓力和流量（進(jìn)油為正），A2

、p2

、q2

分別為有桿腔面積、壓力和流量（出油為正）

Ml、Bl、Kl分別為等效的負(fù)載質(zhì)量、負(fù)載粘性阻尼系數(shù)和負(fù)載彈性系數(shù)四足機(jī)器人9.2實(shí)例分析缸閥驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)恿W(xué)模型：采用伺服閥（圓柱滑閥）和液壓缸（非對(duì)稱）作為液壓動(dòng)力單元來(lái)驅(qū)動(dòng)腿部各個(gè)關(guān)節(jié)缸閥驅(qū)動(dòng)單元框圖模型

四足機(jī)器人9.2實(shí)例分析缸閥驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)恿W(xué)模型：采用伺服閥（圓柱滑閥）和液壓缸（非對(duì)稱）作為液壓動(dòng)力單元來(lái)驅(qū)動(dòng)腿部各個(gè)關(guān)節(jié)液壓力反饋校正位置控制系統(tǒng)框圖模型-等效化簡(jiǎn)四足機(jī)器人9.2實(shí)例分析Adams-Simulink聯(lián)合仿真分析Adams模型

Simulink控制框圖-虛擬模型控制

機(jī)器人伺服控制第十章機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)艙外維修作業(yè)空間實(shí)驗(yàn)作業(yè)操作與監(jiān)視正常、可靠的視力是成功執(zhí)行各類(lèi)任務(wù)的重要保障條件視覺(jué)的功能與意義機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)人眼視覺(jué)≠

人眼只有視，沒(méi)有覺(jué)

人眼工作依賴于它獨(dú)特的生理學(xué)結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)機(jī)理以及神經(jīng)控制眼外肌及周邊解剖機(jī)構(gòu)眼內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)

眼球(Eyeball)3自由度轉(zhuǎn)動(dòng)(3DOFduction)

瞳孔縮放(PupilContraction)

調(diào)節(jié)(Accommodation)

雙眼運(yùn)動(dòng)(BinocularMovements)

掃視Saccadic

平滑追蹤Smoothpursuit

收斂Convergence

前庭動(dòng)反射VOR機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)仿人眼(BionicEye)

MACEYE-II,2011MACEYE,2006機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)視覺(jué)調(diào)節(jié)(Accommodation)

機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)視覺(jué)調(diào)節(jié)(Accommodation)

晶狀體(Crystalinelens)—人眼球內(nèi)的雙凸面柔性透明體，用于將光線屈光成像于視網(wǎng)膜上角膜(Cornea)—位于眼球前端，用于固定瞳孔、虹膜以及前端流體腔的透明體；其剛度較高，屈光度遠(yuǎn)大于晶狀體；懸韌帶(zonule)—眼球內(nèi)環(huán)晶狀體分布的連接其與睫狀肌的一縷縷纖維睫狀肌(CiliaryMuscle)—眼球的的環(huán)形滑肌組織，人眼調(diào)節(jié)的主要驅(qū)動(dòng)力主要內(nèi)容contents10.2視覺(jué)伺服分類(lèi)10.3視覺(jué)伺服控制需求10.1概述機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)10.5視覺(jué)伺服發(fā)展方向10.6實(shí)例分析10.4視覺(jué)伺服面臨的問(wèn)題10.1概述機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)是機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器人控制的有機(jī)結(jié)合，是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，其內(nèi)容涉及圖象處理、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、控制理論等研究領(lǐng)域隨著攝像設(shè)備性能價(jià)格比和計(jì)算機(jī)信息處理速度的提高，以及有關(guān)理論的日益完善，視覺(jué)伺服已具備實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)條件，相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題也成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)10.1概述上個(gè)世紀(jì)60年代，由于機(jī)器人和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始研究具有視覺(jué)功能的機(jī)器人。但在這些研究中，機(jī)器人的視覺(jué)與機(jī)器人的動(dòng)作，嚴(yán)格上講是開(kāi)環(huán)的。機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)圖像處理，得到目標(biāo)位姿，然后根據(jù)目標(biāo)位姿，計(jì)算出機(jī)器運(yùn)動(dòng)的位姿，在整個(gè)過(guò)程中，視覺(jué)系統(tǒng)一次性地“提供”信息，然后就不參與過(guò)程了1973年，有人將視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng)，在這一時(shí)期把這一過(guò)程稱作視覺(jué)反饋(visualfeedback)1979年，Hill和Park提出了“視覺(jué)伺服”(visualservo)概念10.1概述很明顯，視覺(jué)反饋的含義只是從視覺(jué)信息中提取反饋信號(hào)，而視覺(jué)伺服則是包括從視覺(jué)信號(hào)處理，到機(jī)器人控制的全過(guò)程，所以視覺(jué)伺服比視覺(jué)反饋能更全面地反映機(jī)器人視覺(jué)和控制的有關(guān)研究?jī)?nèi)容上個(gè)世紀(jì)80年以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和攝像設(shè)備的發(fā)展，機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的技術(shù)問(wèn)題吸引了眾多研究人員的注意到了90年代，隨著計(jì)算機(jī)能力的增強(qiáng)和價(jià)格下降，以及圖像處理硬件和CCD攝像機(jī)的快速發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)吸引了眾多研究人員的注意10.1概述例，在PackBot軍用智能機(jī)器人上，配有各類(lèi)偵察探測(cè)模塊，可根據(jù)GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)和實(shí)拍周?chē)鷪?chǎng)景生成地圖。日本科學(xué)家研究的蛇形救災(zāi)機(jī)器人頭部裝有針孔攝像機(jī)，可傳送回實(shí)時(shí)圖像數(shù)據(jù)，并成功參與了美國(guó)佛羅里達(dá)一次停車(chē)場(chǎng)崩塌救援行動(dòng)PackBot軍用智能機(jī)器人日本的蛇形救災(zāi)機(jī)器人10.1概述最早基于視覺(jué)的機(jī)器人系統(tǒng)，采用靜態(tài)lookandmove形式。即先由視覺(jué)系統(tǒng)采集圖像并進(jìn)行相應(yīng)處理，然后通過(guò)計(jì)算估計(jì)目標(biāo)的位置來(lái)控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。這種操作精度直接與視覺(jué)傳感器、機(jī)械手及控制器的性能有關(guān)，這使得機(jī)器人很難跟蹤運(yùn)動(dòng)物體到80年代，計(jì)算機(jī)及圖像處理硬件得到發(fā)展，使得視覺(jué)信息可用于連續(xù)反饋，于是提出了基于視覺(jué)的伺服(visualservoing)控制形式。這種方式可以克服模型(包括機(jī)器人、視覺(jué)系統(tǒng)、環(huán)境)中存在的不確定性，提高視覺(jué)定位或跟蹤的精度10.1概述直到上世紀(jì)末，哈工大、浙江大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)等研究單位才開(kāi)始著手研究機(jī)器人的視覺(jué)伺服技術(shù)?！笆晃濉逼陂g，在視覺(jué)伺服技術(shù)方面取得突破性地進(jìn)展，研制了“蛟龍?zhí)査聶C(jī)器人”、“ALVLAB“、“CITAVT-IV“、“THMR-V“等智能機(jī)器人目前我國(guó)在機(jī)器人的自主導(dǎo)航方面都還落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，因此我國(guó)對(duì)智能機(jī)器人的相關(guān)問(wèn)題還需要進(jìn)一步深入研究10.1概述機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)(VisualServo)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制(MotionControl)機(jī)器視覺(jué)(MachinVision)“機(jī)器視覺(jué)是通過(guò)光學(xué)的裝置和非接觸的傳感器自動(dòng)地接收和處理一個(gè)真實(shí)物體的圖像，以獲得所需信息、用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的裝置。”ASME定義計(jì)算機(jī)視覺(jué)(ComputerVision)X理解圖像信息10.1概述10.1概述10.1概述10.1概述10.1概述工業(yè)機(jī)器人Robot操作對(duì)象Object控制系統(tǒng)ControlUnit機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)組成典型工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)10.1概述機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)組成工業(yè)機(jī)器人Robot視覺(jué)系統(tǒng)VisionSensor操作對(duì)象Object控制系統(tǒng)ControlUnit視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)10.1概述為什么需要視覺(jué)伺服控制？10.1概述機(jī)器人視覺(jué)伺服控制實(shí)現(xiàn)10.2視覺(jué)伺服分類(lèi)按照攝像機(jī)的數(shù)目的不同單目視覺(jué)伺服系統(tǒng)、雙目視覺(jué)伺服系統(tǒng)以及多目視覺(jué)伺服系統(tǒng)按照機(jī)器人的空間位置或圖像特征基于位置的視覺(jué)伺服系統(tǒng)和基于圖像的視覺(jué)伺服系統(tǒng)基于位置特征和圖像特征的混合視覺(jué)伺服（2.5D）系統(tǒng)按照攝像機(jī)放置位置的不同手眼系統(tǒng)(eyeinhand)和固定攝像機(jī)系統(tǒng)(eyetohand)按照采用閉環(huán)關(guān)節(jié)控制器的機(jī)器人，動(dòng)態(tài)觀察-移動(dòng)系統(tǒng)和直接視覺(jué)伺服10.2視覺(jué)伺服分類(lèi)基于位置的視覺(jué)伺服系統(tǒng)(Position-BasedVisualServoing)利用相機(jī)的參數(shù)建立圖像信號(hào)與機(jī)器人的位置/姿態(tài)之間的映射關(guān)系，在伺服過(guò)程中，借助圖像信號(hào)提取機(jī)器人的位置/姿態(tài)信息，并將它們與目標(biāo)位置/姿態(tài)比較，形成閉環(huán)反饋控制10.2視覺(jué)伺服分類(lèi)基于圖像的視覺(jué)伺服系統(tǒng)(Image-BasedVisualServoing)將實(shí)時(shí)測(cè)量到的圖像信號(hào)與目標(biāo)位置/姿態(tài)的圖像信號(hào)直接進(jìn)行比較，利用所獲得的圖像誤差進(jìn)行閉環(huán)反饋控制。根據(jù)不同的相機(jī)安裝方式，IBVS也有兩種不同的類(lèi)型，(以電容插入PCB為例)，object(電容針腳)與target(孔洞)在圖中的位置變化與否也不一樣10.2視覺(jué)伺服分類(lèi)手眼系統(tǒng)(eyeinhand)相機(jī)安裝在機(jī)械手上，與機(jī)械手位置相對(duì)固定；object電容綁定在tool上，相對(duì)于相機(jī)位置不變；target孔洞是圖像視野中要去的目標(biāo)位置，隨著機(jī)械手移動(dòng)而改變固定攝像機(jī)系統(tǒng)(eyetohand)相機(jī)安裝在機(jī)械手外的固定位置object電容綁定在tool上，在相機(jī)所拍的圖片中位置是變化的terget孔洞是已經(jīng)確定了的目標(biāo)位置，因?yàn)橄鄼C(jī)位置固定，所以位置不變10.2視覺(jué)伺服分類(lèi)手眼系統(tǒng)(eyeinhand)10.2視覺(jué)伺服分類(lèi)固定攝像機(jī)系統(tǒng)(eyetohand)10.2視覺(jué)伺服分類(lèi)基于位置特征和圖像特征的混合視覺(jué)伺服（2.5D）系統(tǒng)首先建立一張參照物圖像，通過(guò)圖像處理技術(shù)得到期望圖像特征的像素坐標(biāo)值，在視覺(jué)伺服系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，不斷從攝像機(jī)采集圖像進(jìn)行分析，得到實(shí)時(shí)圖像特征，然后將實(shí)時(shí)圖像特征與期望圖像特征進(jìn)行比對(duì)，得到兩視點(diǎn)間的單應(yīng)矩陣。將該矩陣分解，可以得到視覺(jué)傳感器的旋轉(zhuǎn)誤差和位置誤差，并通過(guò)控制器生成相應(yīng)的控制量，完成對(duì)機(jī)器人末端的平移和旋轉(zhuǎn)控制10.3視覺(jué)伺服控制需求第一層次第二層次第三層次機(jī)器人根據(jù)視覺(jué)系統(tǒng)反饋的0/1信息執(zhí)行固定動(dòng)作機(jī)器人根據(jù)視覺(jué)系統(tǒng)反饋信息