机器人资料

nullnull工业机器人技术讲座 天津大学机械工程学院 人：王刚null1、工业机器人 1.1 工业机器人重要性 现代制造业的三大支柱: NC（数控）机床 PLC（可编程逻辑控制器） 工业机器人 1.2 工业机器人分类 （1）按机构形式分类直角坐标机器人 水平多关节机器人（SCARA） 垂直多关节机器人串联机器人并联机器人 steward并联机器人 δ和类δ并联机器人 Tricept并联机器人混联机器人null（2）按作业形式分类 点焊机器人 弧焊机器人 喷涂机器人 搬运机器人 装配机器人 加工机器人 建筑机器人图1.1 直角坐标机器人图1.2 SCARAnull图1.3 垂直多关节机器人null图1.4 空间并联机器人图1.5 平面并联机器人null1.3 工业机器人的驱动 液压驱动 液压缸 液压马达 电液伺服阀+电液伺服板卡 电气驱动 直流、交流伺服电机+伺服驱动器 直接驱动电机 图1.6 混联机器人 null1.4 关节伺服控制目前，工业上使用的机器人，其关节控制使用交流伺服系统和交流伺服电动机，各关节的伺服控制框如图所示。由计算机控制系统发出指令脉冲与电机同轴的编码器反馈脉冲之差存在偏差计数器，因而偏差计数器保留着残余量，经PID调节（比例，微分，积分）经D/A变换成为速度给定。这个给定速度与电机 反馈速度之差作为控制量经PID调节，成为电流给定，经逆变器功率放大驱动电动机回转。 ①关节伺服控制由位置环，速度环，电流环三环嵌套。 ②在位置环和速度环内有PID调节。 ③逆变器采用PWM脉冲宽度调制。图1.7 关节的伺服控制框null1.5 关节减速器 关节减速器的作用 力矩匹配 增力 速度匹配 减速 惯量匹配 负载惯量（等效）/电机转子惯量《K 常用的关节减速器 谐波减速器 刚轮——〉行星传动中心轮 柔轮——〉行星传动行星轮 波发生器——〉系杆 摆线减速器 针轮——〉行星传动中心轮 摆线轮——〉行星传动行星轮 转臂——〉系杆null1.6 机器人关节结构1.6.1 回转关节的组成原动件：伺服电机 传动系统：精密减速器，可为谐波齿轮传动，精密摆线传动，RV传动之一 关节轴承：十字交叉滚子轴承或深沟球轴承 图1.8 十字交叉滚子轴承null（1）回转关节的内部布局同轴式： 电机轴与减速器输出轴共线，输出轴为实心轴，无需从内部穿引线缆。 偏置式： 电机轴与减速器输出轴不共线，输出轴为空心轴，便于从内部穿引线缆。回转关节构件机构简图如下： 图1.9 回转关节构件机构简图 null图1.11 回转关节模块实例一（谐波传动：刚轮固定，柔轮输出） 图1.10 谐波传动 null图1.12 回转关节模块实例二（谐波传动：柔轮固定、刚轮输出） 图1.13 回转关节模块实例三（电机RV减速器同轴） null1.6.2 线性关节 （1）线性关节的功能 线性关节把伺服电机的回转运动转换为输出平台的线性运动。基座和输出平台分别联接两相邻机械构件。 （2）线性关节的组成 有两种线性关节模块实现： 传动系统：滚动螺杆、螺母 支承系统：滚动导轨 图1.14 线性关节方案1 方案1：原动件：伺服电机 null图1.15 线性关节实例一 （滚珠丝杠+滚动导轨） 图1.16 丝杠导轨 null方案2：原动件：伺服电机 传动系统：同步齿形带传动 支承系统：滚动导轨图1.17 线性关节方案2 图1.18线性关节模块实例二（同步带+滚动导轨） null图1.19 齿形带 null1.6.3 转移复合关节模块 （1）转移复合关节的功能： 转移复合关节提供沿某轴线的线性运动和绕轴线的回转运动。两个运动相互独立，这是一种两自由度关节。 （2）转移复合关节的组成： 有两种移转复合关节的实现方案 方案1：双杆方式 回转运动： 原动件：伺服电机1 传动系统：滚动花键及花键套 支承系统：深沟轴承 线性运动： 原动件：伺服电机2 传动系统：滚动螺杆及螺母 支承系统：深沟轴承null方案2：单杆方案 回转运动： 原动件：伺服电机1 传动系统：滚动花键滚动螺杆复合空心轴 支承系统：深沟轴承 线性运动： 原动件：伺服电机2 传动系统：滚动花键滚动螺杆复合空心轴 支承系统：深沟轴承方案2 中因线性运动与回转运动存在耦合。控制系统需作补偿运动。 图1.20 转移复合关节方案1 图1.21 复合关节实例一（双杆形式） null图1.22 转移复合关节方案2 图1.23 复合关节实例二（单杆形式） null1.6.4腕关节 (1) 腕关节的功能 腕关节是三自由度主动关节模块，主要用来实现在机器人手端的姿态，虽然可以由三个回转关节串联实现腕关节运动，但那样会使其机械部分十分笨重。考虑结构合理布局，把这三个回转运动实现为一个模块更合理轻巧。 （2）腕关节的类型 腕关节可以分为球腕关节和非球腕关节 球腕关节：三个回转运动的轴线交于一点。 非球腕关节：三个回转运动的轴线不交于一点。 每种又有正交和斜交之分 正交：相邻两回转运动轴线垂直 斜交：相邻两回转运动轴线不垂直 分类情况如下： 球腕关节分为正交球腕和斜交球腕 非球腕关节分为正交非球腕和斜交非球腕null图1.24 正交球腕结构图1.25 斜交非球腕结构 null（3）腕关节的结构组成 在学术上，提出很多基于球面齿轮传动的球型手腕专利。国外如Dahlquist，Kaufmann。Ohtani，Yukio等。国内如清华大学张昆等提出以单齿球面齿轮代替多齿式球面齿轮的方案。国防科技大学盘存云等提出一种轮齿在球体上呈连续分布的渐开线环形齿球齿轮机构，可以实现精确球面运动。哈尔滨工业大学李华敏提出一种精确锥面球形的齿轮副。 在商业应用上，使用最多的是Bendix球型手腕。 图1.26 Bendix正交球腕模块null图1.27 正交球腕实例 图1.28 斜交球腕实例null 斜交非球腕可以用非正交的锥齿轮系实现。其斜交的空心轴有利于管线穿行，避免死弯和打结。可用于喷漆，激光光纤等应用。 1.7 机器人的示教 手把手示教 示教盒示教 示教盒的功能： 单轴运动，程序编辑，程序存储，程序下载 1.8 机器人末端执行器（手爪） （1）手爪构件的功能描述： 手爪构件按装于工业机器的末端，用于夹持工件。 （2）手爪构件的结构： 真空吸附式末端执行器 电磁吸盘式末端执行器 机械开合式末端执行器（又分为平移开合和回转开合式） 本文只涉及开合式手爪，且限于回转开合式。 null手爪构件的机构简图： 图1.29 齿轮齿条式手爪 图1.31 连杆式手爪 图1.30 滑槽杠杆式手爪null图1.32 手爪null（3）手爪构件的组成： 驱动元件，提供手爪开合的驱动力（力矩），可为以下枚举。 液压缸 气缸 机械传动，用于把驱动元件的动力传递给手指， 齿轮机构，连杆机构 滑槽机构 安全机制，防止意外碰撞。一般使用退避弹簧。手爪构件与机器人末端间的定位 止口型定位 气夹快速定位 手爪构件与机器人末端间的联接 螺纹联接 气夹快速联接 手爪开闭幅度（角度） 移动型手爪开闭幅度 回转型手爪开闭角度 手指定位误差 当用手爪抓取多品种小批量、工件直径在一定范围内变化的工件时，可以采用自动定心结构。但单纯的追求自动定心，往往使出来的手爪结构比较复杂。若采用结构简单的回转型手指，则在抓取不同直径工件时，必定带来定位误差。 null手爪夹紧力 决定因素：原动件驱动力，机械传力机构的增力效应有关 1.9 机器人语言 机器人语言分为五类 （1）操作水平级 设立了一些基本命令，解释程序对命令解释指行，如IBM公 司的ML语言。 语言由两部分组成，一部分是为了完成机器人基本动作而设置的子程序包，另一部分为可用带参数命令起动子程序的解释程序。 （2）原始动作水平级 对动作的描述限于手爪，典型的动作为移动某一物体，琼中句形式为Move To 。 代

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语言为VAL，以后发展为VALII （unimation公司）。 语言比较简单，类似于BASIC，解释执行，不用编绎。null（3）结构性动作水平级 ①在常用的程序语言基出加上了有关机器人控制的句子结构 ②为了描述三级环境，语言中设痒痒了各种数据及相互运算的关系式 AL语言(standford人工智能实验室) AL/L把AL与LISP相结合，IBM公司的AML语言。 这种语言一般是编译语言 （4）对象状态水平级 以描写部件之间关素为中心的语言 ①用户只给出任务，不用给出明确的动作序列。至于如何完成任务，则由系统根据环境描述和作业描述来进行规划，自动生成相应的动作序列。 ②语言具有处理感觉信息的能力，利用感我更新环境描述和环境模型 比较典型的为Autopass，具有自然语言特色 （5）作业目标水平级 以作业的最终目标来描述作业，有较好的问题解决方法（积木世界），与人工知能的研究密切相关，为达到目标，自动生成详细的动作顺序和相应数据。具有判断环境，描述环境，规划任务的能力null比较典型的为MIT人工知能研究所的MICROPLANNER VAL程序举例 VAL命令和指分为三大类：动作控制，程序控制，坐标设置 1？ OPEN 打开手指 2？APPRO PICK 50 向PICK的接近点50mm处运动 3？SPEED 30 下面运动为30% 4？MOVE PICK 向PICK 运动 5？CLOSE 1 手指闭合；1表示闭合后才转入下一步 6？DEPART 70 离开PICK 70mm 7？APPROS PLACE 50 以直线方向向PLACE的接近点50mm处运动 8？SPEED 20 以下以20%速度运动 9？MOVES PLACE 以直线方式运动到PLACE 10？OPEN 1 手指打开，1 表示打开后，再向下一步 11？DEPAT 50 离开 PLACE 50mm 12？E 编缉结束null1.10 机器人的外部设备 （1）自动供料系统 振动料斗：扭振使物料沿螺旋料道上升，定向装置使物料按要求姿态排序。 （2） AGV(自动导航小车)图1.33 AGV小车 导航方式： 光导航：小车沿光带行走 磁导航：小车沿磁带行走 null（3）自动立体仓库 升降机 仓内小车 吊挂小车 图1.34 立体仓库 null服务机器人讲座 天津大学机械工程学院 报告人：王刚null一、家务机器人1、清洁机器人真空吸尘机器人地板清洁机器人null2、网球捡拾机器人网球捡拾机器人null除草机器人下水道检测机器人3、下水道检测机器人4、除草机器人null加油机器人5、加油机器人null二、建筑机器人自动挖掘机电子控制压实机null自动化打桩系统砌墙机器人null完成混凝土地面磨平机器人圆柱焊接机器人null爬壁检查机器人外部巡检机器人null正面清洁机器人null三、助残机器人它是一个固定的工作站，可以安放在用户允许的任何一个地方，比如家或者办公室。它具有完全的认知能力，可以帮助用户完成抓取或放下一些普通物品，诸如纸张、书籍、CD盒、文件等的工作，也可以完成一些拟人的事情，比如给残疾人喂水等。 null电动轮椅移动机械手 nullnullMOVAID系统URMAD机器人在完成演示任务的情景nullnull医疗机器人四、医疗机器人null体内供能型人工手臂null手部固定机器人采集血样机器人六足手术机器人null五、人形机器人nullnullSony的SDR人形机器人 Pino人形机器人nullnullMIT的COG人形机器人nullnull六、教育娱乐机器人美国Sarcosman机器人（仍然处于研究之中）1、娱乐机器人null娱乐机器人null爱宝（AIBO）机器狗Furby2、宠物机器人nullnullnullLEGO Mindstorms（乐高头脑风暴）套装机器人3、套装机器人 null索尼QRIO机器人4、仿人机器人 nullnullnull七、智能交通机器人 本田的智能联合交通工具系统（ICVS） 丰田的多模式运输系统（ IMTS）nullMunich使用的自主汽车 Karlsruhe使用的自主汽车null用于驾驶协助的Prometheus French Prolab车辆 schiphol机场的Parshuttle系统null 七、物流机器人nullnull八、农业机器人卡内基梅隆大学发明的自动收割机最新的林业机器人 null西班牙大学研制的AURORA温室机器人，装有自动农药喷雾系统 null九、采矿机器人null用DGPS实现重型机器的自主导航（塞维利亚大学）自动挖掘机（CSIRO）null十、野外作业机器人 赫尔辛基科技大学研制的ARSKAnullDarpa大奖赛中的UC Berkeley（加州伯克利大学） Ghostrider摩托车（卡内基梅隆大学） Red Team研制的车辆 用许多传感技术（雷达、激光雷达、DGPS 差分全球定位系统）来自动导航 null十一、探险机器人nullnull南极洲流浪者机器人null十二、水下机器人 德国汉诺威的缆控水下潜器ADELINE 法国的缆控水下潜器 OLISTERnull冰岛的自主水下潜器GAVIA 丹麦的自主水下潜器Maridannull十三、空间机器人 nullnull加拿大移动服务系统（MSS）是最初的可操作空间机器人之一 （左图，是由加拿大宇航局提供的，CSA）。德国航天署（DLR）的MARCO系统（右图）是MSS的远程控制部分，它是与加拿大宇航局（CSA）共同计划的结果。null运用德国航天署（DLR）轻量机器人部件的航天机器人（Robonaut）研究及多传感器4指手部技术美国国家航空航天局（NASA）的 航天机器人（Robonaut）nullACFR（澳大利亚现场机器人学中心）研制的“猎食者” Mark I和Mark II 无人机null军用机器人技术null提纲● 1 概述 ● 2 地面军用机器人 ● 3 空中机器人 ● 4 水下机器人 ● 5 空间机器人 ● 6 结束语null1 概述● 1.1 军用机器人定义及战场优势 ● 1.2 军用机器人的结构组成及分类 ● 1.3 世界军用机器人的发展状况及未来趋势null1.1.1 军用机器人定义 军用机器人是一种用于完成以往由人员承担的军事任务的自主式、半自主式和人工遥控的机械电子装置。以完成预定的战术或战略任务为目标，以智能化信息处理技术和通信技术为核心的智能化武器装备。 → 《无人战争—当今与未来战场机器人》 兵器科学出版社 美国 史蒂文.谢克 主编 张小洁 译null★ 机器人三原则（阿西莫夫提出）： ● 机器人不应伤害人类； ● 机器人应遵守人类命令，与第一条违背除外； ● 机器人应保护自己，与第一条相抵触者除外。 军用机器人执行军事任务，发展到一定阶段，他将在战场上用于攻击和消灭敌人，也就是用于杀人，本身违背了机器人三原则。1.1.1 军用机器人定义null● 全方位、全天候的作战能力； ● 较强的战场生存能力； ● 较低的作战费用 ； ● 绝对服从命令听从指挥。 军用机器人可以代替士兵完成各种极限条件下特殊危险的军事任务，战争中绝大多数军人将免遭伤害，军用机器人的研发具有极为重要的现实意义。1.1.2 军用机器人战场优势null1.2.1 军用机器人结构组成null→ 《机器人世界》 河南科学机器人出版社 刘进长主编1.2.2 军用机器人分类null1.3 世界军用机器人发展状况null2 地面军用机器人● 2.1 大中型地面军用机器人 ★ 2.1.1 轮式地面军用机器人 ★ 2.1.2 履带式地面军用机器人 ● 2.2 微小型地面军用机器人 ★ 2.2.1 轮式地面军用机器人 ★ 2.2.2 履带式地面军用机器人 ★ 2.2.3 步行（腿足式）地面军用机器人 ★ 2.2.4 轮履复合式地面军用机器人 null2 地面军用机器人null2 地面军用机器人null2 地面军用机器人null2 地面军用机器人nullR-GatorBASE 10RoboScout龙腾Dragon Runner 托盘化装载系统 MDARS -E 压碎机 USV 先锋哨兵 Rheinmetall 2 地面军用机器人nullZSYRANO ACER 豹式扫雷车 清道夫 Mini-Flail 小猎犬 角斗士 土拨鼠 野牛 手推车 2 地面军用机器人nullRONS 德国MV4 TRS200 Andros 6A RobHaz_DT3 VIPeR 2 地面军用机器人nullUrbie SWORDS Lemming 玛提尔达 PackBot TALON 魔爪 龙卫士 2 地面军用机器人null北理智能平台南理履带式小型北航模块化履带式机器人灵晰-B 2 地面军用机器人null3 空中机器人● 3.1 大中型空中机器人 ● 3.2 微小型空中机器人 ★ 3.2.1 小型空中机器人 ★ 3.2.2 超小型空中机器人 ★ 3.2.2 微型空中机器人 ◆ 3.2.2.1 固定翼空中机器人 ◆ 3.2.2.1 旋转翼空中机器人 ◆ 3.2.2.1 扑翼空中机器人null3 空中机器人null3 空中机器人null3 空中机器人null3 空中机器人null3 空中机器人null3 空中机器人null3 空中机器人null3 空中机器人null3 空中机器人null暗星 猎食者 大乌鸦 蜂鸟 火蜂 火力侦察兵 金眼 猎鸟 3 空中机器人null猎人 龙眼 龙勇士 掠夺者 牵牛星 沙漠鹰 搜索鹰 暗影 不死鸟 3 空中机器人null全球鹰 捕食者 死神 先锋 影子 火线哨兵 X45A 海王星 TMD3 3 空中机器人null云雀 海鸥 黄蜂微型 FanCopter 微型蝙蝠 机器苍蝇 3 空中机器人长虹1系列 长空1系列 WZ-2000 null3 空中机器人null3 空中机器人null3 空中机器人null4 水下机器人● 4.1 大中型水下机器人 ★ 4.1.1 资源勘探型水下机器人 ★ 4.1.2 侦察攻击型水下机器人 ● 4.2 小型水下机器人（仿生） null4 水下机器人null4 水下机器人nullAUSSFree Swimmer II-SFIIFlying PlugODYSSEY AUV ABE AUV NPS AUV 4 水下机器人nullREMUS Autosub 海豚（Dolphin） DeePC Kaiko Rov Shinkai6500 4 水下机器人null远期鱼雷侦察系统 BPAUV 剑鱼 射水鱼 4 水下机器人null海狐 CR01 双鹰 中国自制的6000米无缆自治水下机器人 4 水下机器人null4 水下机器人null4 水下机器人null4 水下机器人null4 水下机器人null4 水下机器人null5 空间机器人● 5.1 空间灵巧手 ● 5.2 自由飞行空间机器人 ● 5.3 舱内服务机器人 ● 5.4 舱外服务机器人 ● 5.5 星球探测机器人 ★ 5.5.1 火星探测机器人 ★ 5.5.2 月球探测机器人null5 空间机器人北航灵巧手null5 空间机器人null5 空间机器人 美国马里兰大学 “漫游者”空间机器人NASDA 国际空间站 舱内活动机器人 加拿大斯帕公司 研制加拿大臂 null5 空间机器人Rocky 7火星车 Rocky8漫游车 Nanorover火星漫游者 NASA 勇气号、机遇号火星探测器 null5 空间机器人“凤凰”号火星探测器 火星科学实验室 null6 结束语 世界各军事强国都非常重视并支持军用机器人的研制，都制定了发展规划，并已经开发出了全方位、多品种、大数量的军用机器人。 我国军用机器人技术起步较晚，目前还没有制订统一的发展战略规划。尽管国家非常重视，并投入了大量的经费开发各种类型的军用机器人，但存在各自为政、封闭开发、低水平的重复研究问题，不利于军用机器人的产业的建立和快速发展。 null6 结束语面对军用机器人技术迅速发展和国外大批机器人参军的现实，我们要实现军用机器人的产业化发展，开发设计需要增强自主创新能力，攻克关键技术，重视机器人研制的技术通用化、体系

标准

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化、结构模块化，强调研发的技术继承性，降低研究风险，节约研制经费，提高机器人的作用可靠性。我们相信，未来我军也会有自己大规模的军用机器人，为增强部队战斗力和巩固国防服务。 nullnullnullnull（2）压阻 1 导电合成橡胶是在硅橡胶中加导电颗粒或半导体材料（如银或碳）构成的导电材料。这种导电橡胶，加压时其体电阻的变化很小，但接触面积和接触电阻都睡外力大小而变化。nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull又上式得到一下结果： ⑴图像平面的照度与偏角的余弦四次方成正比，即存在非线性图像失真，应 对图像生成装置进行校准 ⑵图像平面的照度与景物表面发光强度I成正比，而物体表面发光强度与照明，表面反射特性，观察方位有关。 ⑶图像平面的照度与景物远近无关，因而我们能看到遥远的物体 ⑷图像平面的照度与镜头直径焦距（D/5）的平方成正比，f加大，摄像机灵敏度下降nullnullnullnullnullnullnullnullnull3、图象的平滑 由于图象可能受到各种噪声的干扰，图像上出现很多颗粒噪声，图像平滑为消除这些颗粒噪声nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull机器人控制及传感技术机器人控制及传感技术王刚 天津大学机械学院 20010-03§1．机器人运动学复习§1．机器人运动学复习1．齐次变换 <1>齐次变换为一4*4矩阵，有两个含义 1)表示物体的位置和姿态 T= 其中 表示位置矢量 表示姿态，为局部坐标系各轴单位矢量在世界坐标系的方向余弦。<2>齐次变换的种类<2>齐次变换的种类a移动变换b转动变换2)表示一个变换 物体上一点在局部坐标系的坐标值，经过乘上齐次变换矩阵，成为在世界坐标系中的坐标值。null一般的转动变换，设绕通过原点任意方向的向量转过角度 的转动变换 null<3>左乘和右乘 同一变换Trans（4，0，0）Rot（y，90） Rot（z,90）从左到右可以以为先沿世界坐标系x轴移4，再绕局部坐标系（即移动4后）的y轴绕90°再绕x轴转90°。每一次变换都是相对于当前的局部坐标系的。 从左到右可以以为先绕z轴转90°.再绕y轴转90°再沿x轴移动4，但每一次变换都是相对于世界坐标系。 <4>变换方程<4>变换方程方程左边为：操作手对基础坐标系的变换Z，操作手末端相对于操作手 末端执行器相对于手末端方程右边为：物体相对于基础坐标系的变换B，末端相对于块的变换 可以再省去虚线。可以简化为２．运动方程２．运动方程一个杆相对于另一个杆的齐次变换为A矩阵，则有 则表示机器人末端相对于基础坐标系的位置和姿态， 中含有杆的参数和坐标变量，对于回转关节为关节角度 ；对于移动关节为移动量d，机器人位置正解：当已知各关节变量值，求出机器人末端的位姿 机器人位置反解：当已知机器人末端的位姿，求出机器人各关节 变量 §2．运动轨迹§2．运动轨迹1．作业描述 null作业内容为由机器人捡起销子插入物体的孔内。 作业顺序由末端执行器的一系列位置 来表示null其中： Z：表示机器人相对于基础坐标系的位姿 ：机器人末端相对于机器人的位姿 E：末端执行器相对于机器人末端的位姿则作业位置的变换图为：null相应的变换方程为 ：null对这一系列的变换方程求出T 再由T求出各关节变量，通过对各关节的控制，就可以实现作业内容。 因而首先应该确定除T以外的所有变换矩阵（任意确定） 机器人坐标系相对于基础坐标系 （ 相对于 ）为 即机器人坐标系相对基础坐标系的位置为（－30，0，50），坐标轴则平行于它。null（结构确定）机器人末端执行器坐标系相对于机器人末端的坐标系的变换矩阵为: （图纸确定）为销孔相对于物块的位姿null（工艺确定）最重要的变换为销插入孔中，销的Z轴必须与孔的轴线一致，因销为圆柱，X,Y向可任意。规定X轴向上。销插入 孔内 夹加持器放在销上nullnull 这样就完成了所有的变换。有时候，我们希望用摄像机通过视觉处理来决定销的位姿。P=CAMPC 其中CAM为摄像机相对于基础坐标系的位姿变换矩阵。PC为销相对于摄像机坐标系的位姿，由视觉处理得到。 为了确定CAM，当知道P和PC，则CAM=PPC 有时候，销放在传送带上，而传送带在运动，在传送带上建立一个活动坐标系，CONV（S）是位置S的函数变换方程为 式中OBJ为物体 F为物体上的特征 G为手爪相对于特征的位姿通过示教，假设皮带先不动 对于作业的执行，例如将操作平移到 处 null2．两位置之间的运动2．两位置之间的运动机器人的作业的实现，必须使机器人运动通过一系列用如下方程确定的位置：这样从每一方程中求出 ,进而求出关节变量，从这一关节变量运动到下一个关节变量，一般应有加速→匀速→减速，最少也有加速→减速。null有很多种方式使机械手从一个位置到另一个位置，但要保证位置、速度的连续，有的还保持加速度连续。从一个位置到另一个位置可以认为（近似）线性运动，但应在开始、结束有过渡，以保持速度连续。从一个位置到另一个位置可以认为（近似）线性运动，但应在开始、结束有过渡，以保持速度连续。null 一般，我们在-tacc空间轨迹是可预见的 2>计算量比较大 3>当雅克比矩阵奇异时，退化现象，要求关节为一个无限大的速度4.1 两个位置之间的运动4.1 两个位置之间的运动从一个变换到另一个变换最简单的是： 1位置：直线移动（匀速）； 2姿态：绕空间1根轴线回转（匀速） 实际上用到的方案为： 1位置：直线移动（匀速） 2姿态：两个转动（一个转动使工具对准要求的方向 （工具轴线），一个转动使工具绕其轴线转动） 在机器人操作中，例如拾起传送带上的工件，一般都是 这样操作。nullnull选取D的中间值以表示一个移动和两个转动，移动和转动两者将均与r成比例，如果r对时间呈线性变化，则用D表示的运动为一个恒速移动和两个恒角速转动 移动为连结P1和P2的直线，用变换T(r)来表示 第一个转动从P1的接近向量P1a（工具指向）转到P2的接近向量P2a，这一转动为绕向量K进行，向量K显然应与P1a和P2a都垂直，可以认为是将P1的y轴绕z轴转过φ角得到，于是P1k为null而第1个转动用Ra（r）来表示。绕K轴的转动用绕任意空间轴的转动公式来表示。 第2个转动用Ro（r）来表示，表示把工具姿态由P1o转动到P2o 因而 其中T(r)为 式中x，y，z为由P1到 P2的移动分量 null Ra（r）表示绕Pk轴转过θ角 Ro（r）表示绕z轴转过φ角相乘后nullnull 4.2 路径区段之间的过渡 4.2 路径区段之间的过渡null1 若第一个转动在两个传动变换中是绕着相同的轴，即两个传动变换中 角相同nullnullnull例： 操作手从POS1通过POS2到POS3当从POS1到POS2运动，x=0 y=-10 z=0null假设操作手从POS1接近POS2，且r=0.9， 这时传动变换为:操作位置为:nullnullnullnull§3．关节运动控制§3．关节运动控制1. 关节伺服控制1. 关节伺服控制目前 ，工业上使用的机器人，其关节控制使用交流伺服系统和交流伺服电动机，各关节的伺服控制框如图所示。null 由计算机控制系统发出指令脉冲与电机同轴的编码器反馈脉冲之差存在偏差计数器，因而偏差计数器保留着残余量，经PID调节（比例，微分，积分）经D/A变换成为速度给定。这个给定速度与电机 反馈速度之差作为控制量经PID调节，成为电流给定，经逆变器功率放大驱动电动机回转。 ①关节伺服控制由位置环，速度环，电流环三环嵌套。 ②在位置环和速度环内有PID调节。 ③逆变器采用脉冲宽度调制。2. 计算力矩方法2. 计算力矩方法根据拉格朗日议程，经推导，机器人的动力学方程为：null2.1 单杆操作手的控制 我们可以将有效惯量 写为驱动装置具有传动装置增益km和粘性阻尼系数F 库伦摩擦总是趋于用阻止运动，且与速度无关，这里忽略库伦摩擦nullnull标准控制系统框图为： 驱动装置和杆件的传递函数为：null我们可以借助速度反馈来增加驱动装置的自然阻尼null如果该系统再加上位置反馈nullnullnullnull2.2 稳态伺服误差2.2 稳态伺服误差null系统的误差为：null当关节静止时，施加一个冲量为了克服库伦摩擦，可以施加前馈力矩（当关节运动时）null再考虑重力负载的补偿。可以在关节电机上提供一个重力负载力矩的附加前馈力矩。加上前馈后的框图为2.3 稳态速度误差2.3 稳态速度误差 如果操作手是用于某个运动坐标系稳态速度误差很重要恒定速度的拉普拉斯变换是 将其带入2.2节中的 并取极限，稳态速度误差为 再带入临界阻尼条件 nullnull2.4加速度误差nullnull上图所示伺服系统的传递函数为 与未加补偿的稳态误差相比少了前一项。null2.5多杆操作系统 以上只考虑了一杆情况的运动，对于多杆机构存在着1惯量耦合2向心力和哥氏力，加上前馈项就可以补偿它们的影响§4 分解运动控制§4 分解运动控制王刚 天津大学§4．分解运动控制 §4．分解运动控制 nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull