《机器人控制入门》PPT课件

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1、机器人控制入门根据不同的分类方法，机器人控制方式可以划分为不同类别。从总体上看，机器人控制方式可以分为动作控制方式和示教控制方式。按运动坐标控制，可分为关节空间运动控制、直角坐标空间运动控制；按轨迹控制方式，可分为点位控制、连续轨迹控制；按控制系统对工作环境变化的适用程度控制方式，可分为程序控制、适应性控制、人工智能控制；按运动控制方式，可分为位置控制、速度控制、力（力矩）控制（包括位置/力混合控制）；5.1.1位置控制使机器人的手、臂等到达目标位置的控制称为位置控制。研究下图所示的机器人把物体从A点向B点移动的操作。首

2、先，让手接近所看到的位于A点的物体，使手接触并抓住物体。然后转动手臂使物体从A点向B点移动。到达B点后将手放开。现在就让机器人来做这个简单的工作。5.1机器人的动作与控制首先，机器人必须看到位于A点的物体。如果机器人用“眼睛”来看物体的话，那么机器人必须有视觉。机器人的“眼睛”称为视觉传感器。知道了物体位于A点之后，装在手臂内作为“动力源”的电机、油缸等开始动作，使作为驱动器可动部分的手接近物体。若手慢慢接近物体会使工作效率低下。应该首先让手快速移动，临近物体时减速并缓慢接近A点。停止时为了能让手抓住物体，应恰好停在A点

3、。因此必须用视觉传感器不断测量目标A点与现在位置的距离。停止时如果急剧减速，由于惯性会发生超调(过调节)。因此，减小超调量，并减小由此而产生的振动，这才是好的控制。然后是用手抓持物体。若抓持力太小则物体马上会掉下去；若抓持力过大则物体可能会被抓坏(例如抓持纸杯或蛋类等)。因此在手指尖采用了“触觉传感器”，以便对抓持力进行调整，使物体在手中不滑动。假定已经很好地抓住了物体，现在把它从A点移向B点，当然希望所经过路径的距离为最短。如果机器人持物运动时遇有障碍物，不能按最短距离移动，那么移动路线应事先确定。与接近A点时的情况相

4、同，首先以高速接近B点，然后降速，由传感器测量目标B点与当前位置的距离而恰好停止在B点。最后把手松开放下物体。5.1机器人的动作与控制上述动作中，从传感器(检测部分)获得位置、速度、滑动等信息，送到作为头脑的计算机(控制部分)，计算出手臂的移动速度、作用于手臂的力，以及手的抓持力等。然后将计算结果送到驱动器。其原理如下图所示。由图可知，机器人由检测部分、控制部分、驱动部分以及动力源等构成。5.1机器人的动作与控制动力源（电气、液压）计算机驱动器（臂、手）传感器（视觉、触觉）控制对象5.1机器人的动作与控制手到达A点了吗开

5、始伸展手腕让手接近A点手腕伸展停止，施力于手，抓住物体物体不滑动吗NoNoYesYes转动手腕从A点向B点移动手到达B点了吗手腕转动停止，除去手的抓力，放开物体物体从手中放开了吗结束NoYesYesNo机器人的这种从A点向B点移动的重复进行的控制称为PTP控制(pointtoPointcontro1)。PTP控制时仅限于从A点到达B点，至于途中所经过的路径是不重要的。下面研究从A点向B点运送物体的重量增加时的情况(参见下图)。手臂围绕其轴线转动时，重的物体其惯性矩增大。因此，机器人的手臂从A点转动到B点时，惯性矩大时启动

6、会慢。停止时，不能快速停下来，同时将产生过调节。怎样才能做到任意重量的物体都能以同样的速度停在B点呢?惯性矩较大时，用较大的力来操作手臂就可以了。惯性矩增大时，驱动力要相应增大，这一工作由计算机来判断，然后向执行机构送出指令。因此，必须事先了解物体的重量并输入计算机。5.1机器人的动作与控制对同样的物体，手臂的姿势有时也会不同，如下图所示。图(a)的手臂下垂，手臂转动的惯性矩较小；图(b)的手臂抬起，惯性矩较大。手臂上抬引起的较大惯性矩还会使超调量增大。这时，根据手臂的姿势事先计算惯性矩，使驱动力与惯性矩成比例变化，为此

7、需要设计相应的计算机程序。然而，在事先无法知道惯性矩的情况下，该怎么办呢?这时，有一种称之为自适应控制的方法，可以“适应”事先不知道的状况的变化。下面举例说明。下图中，“教师机器人”在其计算机中预先设置了计算机程序。[“教师机器人”不是实际上的物体(硬件)而是计算机程序(软件)]。对于使物体从A点移动到B点的命令，“教师机器人”知道所描述的是怎样的一条运动轨迹。而实际的机器人则控制力的增减，使自己所描述的轨迹与“教师机器人”给出的轨迹相近。5.1机器人的动作与控制最后，如右图所示，考虑在A点和B点间有障碍物的情况。假定从

8、A点向B点转动手臂时，手臂碰到了障碍物。为了避开障碍物，在途中准备了C点和D点。首先从A点行进到C点，然后从C点到D点，最后从D点到B点。即由一组PTP控制来完成。在下面的运动轨迹控制中也用到了上述方法。5.1机器人的动作与控制5.1.2路径(运动轨迹)控制焊接机器人如右图所示。焊接时，从A点到B点所经过的路径并非任