机器人控制及传感技术.doc

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1、目　　　录第一部分机器人控制技术3§1．机器人运动学复习3１．齐次变换3２．运动方程5§2．运动轨迹51．作业描述52．两位置之间的运动93．关节运动12§3．关节运动控制191.关节伺服控制192.计算力矩方法19§4．分解运动控制283．分解运动加速度控制324．分解运动力控制33§5．机器人的力控制341．概述342．约束353．力的控制384．位置/力混合控制405．顺应控制42§6．机器人语言44§7．机器人控制系统的结构451．机器人控制系统的计算机方式452．机器人控制系统框图45第二部分机器人传感器46§1．触觉传感器461．一般触觉传感器462．柔性触觉传感器47§

2、2．腕力传感器471．应变片472.腕力传感器49§3．计算机视觉基本知识503.1视觉概论503.2硬件系统503.3图象表示513.4色度空间513.5.摄像机的图像生成模型553.6图像信号的预处理57§4．立体视觉631.摄像机模型632.摄像机的标定643．求出像素单元所对应的射线654．求物点的第三维坐标665．求匹配点（对应点）66第一部分机器人控制技术第一讲4学时§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)表示一个变换物体上一点在局部坐标

3、系的坐标值，经过乘上齐次变换矩阵，成为在世界坐标系中德坐标值。②齐次变换的种类移动变换转动变换，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，再绕x轴转。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，再绕y轴转，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

4、变换B，末端相对于块的变换。可以简化为可以再省去虚线。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1．作业描述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MOVE接近销MOVE移至销上GRASP抓取销MOVE向上垂直提升MOVE以某一角度接近销孔MOVE与孔接触时停止MOVE将销竖起MOVE

5、将销插入RELEASE松开销MOVE移开MOVE＝MOVE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：P为销在基础坐标系的位姿，夹持器接近销的位姿夹持器夹持销的位姿（相对于销）夹持器随同销开始升高H物块的位姿，第i个孔的位姿，销接近孔销子与孔接触销子开始插入销子插入相应的变换方程为GRASP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。RELEASE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

6、系的位置为（－30，0，50），坐标轴则平行于它。（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（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（工艺确定）夹持器放在销上（示教确定）把夹持器放在销上，有(示教)运动到接近位置(示教)运动到提升位置(示教求解)其他可以用示教后求解同理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

7、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为了达到，要求等为了程序设计方便，写成统一的形式例如，将操作手作第一次移动到PA移动为MOVEPA当销被夹抓以后，这时，插入两个销的程序成为TOOL=E/装上工具for(i=1;i