机器人导论第一章-绪论.ppt

1.3.3 机器人的性能要素 自由度数 衡量机器人适应性和灵活性的重要指标，一般等于机器人的关节数。机器人所需要的自由度数决定与其作业任务。 负荷能力 机器人在满足其它性能要求的前提下，能够承载的负荷重量。 运动范围 机器人在其工作区域内可以达到的最大距离。它是机器人关节长度和其构型的函数。 运动速度 单关节速度；合成速度。 精度 指机器人到达指定点的精确程度。它与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关。必要时可进行补偿。 控制模式 引导或点到点示教模式；连续轨迹示教模式；软 件编程模式；自主模式。 其它动态特性 如稳定性、柔顺性等。 重复精度 指机器人重复到达同样位置的精确程度。它不仅与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关，还与传动机构的精度及机器人的动态性能有关。重复精度比精度更重要。 思考题： 1、机器人的定义、特点 2、机器人的类型 3、工业机器人的构型及特点 4、机器人的组成 5、机器人的性能指标（要素） 早期的机器人（与人相像吗？） 20公斤点焊机器人 点焊机器人在工作中 6公斤弧焊机器人 工业机器人（一） 弧焊机器人在工作中 涂胶机器人 龙门式喷漆机器人 SCARA型装配机器人 工业机器人（二） 搬运机器人 码垛机器人 喷漆机器人 “双鹰”水下机器人 水下扫雷机器人 “探索者号”水下机器人 MER 火星漫游车 Marshod 火星漫游车 Canada Arm 太空机械臂 特种机器人（一） 空间机器人—— 水下机器人—— 美国“别动队”无人机 法国“红隼”无人机 微型无人机 特种机器人（二） 豹式排雷机器人 （德） “徘徊者”侦察机器人 （美） “手推车”排爆机器人 （英 ） 机器人助手 （美） 军用机器人—— 特种机器人（三） 足球机器人 AIBO机器狗 指挥机器人 迎宾机器人 导盲机器人 跳舞机器人 医疗机器人 服务机器人—— 娱乐机器人—— 室外保安机器人 排爆机器人（德） 消防机器人 防暴机器人（中） 排险救灾机器人—— 特种机器人（四） 工程用机器人—— 管内机器人 隧道凿岩机器人 大型喷浆机器人 1.2 操作臂的机构与控制 位姿描述：位置和姿态 操作臂正运动学：计算工具坐标系相对于基坐标系的位置和姿态。一般情况下，将这个过程称为从关节空间描述到笛卡尔空间描述的操作臂位置表示。 运动学研究物体的运动，而不考虑引起这种运动的力。在运动学中，我们研究位置、速度、加速度和位置变量对于时间或者其他变量的高阶微分。 操作臂逆运动学：给定操作臂末端执行器的位置和姿态，计算所有可达给定位置和姿态的关节角。 逆运动学不像正运动学那样简单。因为运动学方程是非线性的，因此很难得到封闭解，有时甚至无解。同时提出了解的存在性和多解问题。 速度，静力，奇异性：除了分析静态定位问题之外，还希望分析运动中的操作臂。 雅克比矩阵：从关节空间速度向笛卡尔空间速度的映射。 在奇异点雅克比矩阵是不可逆的 当机构处于这种位姿时，例如机枪竖直向上射击的情况，机枪的方向与方位角转轴共线。也就是说，当处于这点时，方位角转动改变不了机枪的方向。我们知道我们需要两个自由度来确定机枪的方位，但在这一点上，其中一个转动关节却失效了。在这个位置，这种机构局部退化，就像只有一个自由度一样. 动力学：主要研究产生运动所需要的力。 动力学作用: （1）通过运用操作臂动力学方程求解出这些关节力矩函数，从而控制操作臂沿期望路径运动； （2）动力学方程的第二个用途是用于仿真。通过重构动力学方程以便以驱动力矩函数的形式来计算加速度，这样就可以在一组驱动力矩作用下对操作臂的运动进行仿真。 轨迹生成：平稳控制操作臂从一点运动到另外一点，通常的方法是使每个关节按照指定的时间连续函数来运动。轨迹生成就是如何准确计算出这些运动函数。 通常，一条路径的描述不仅需要确定期望目标，而且还需要确定一些中间点或路径点，操作臂必须通过这条路径到达目标点。有时用术语样条函数来表示通过一系列路 径点的连续函数。 操作臂设计与传感器：完整的操作臂设计包括以下因素：驱动器的选择和配置、传动系统以及内部位置（有时是力）传感器。 线性位置控制：对位置和速度传感器进行检测，以计算出驱动器的力矩指令。 非线性位置控制：操作臂的非线性动力学。 力控制：在某些方向用位置控制，而其余方向上通过力控制法则来控制，这叫混合控制。 1.3 符号 （1）一般大写字母的变量表示矢量或矩阵，小写字母的变量表示标量； （2）左下标和左上标表示变量所在的坐标系。例如， 表示坐标系{A}中的位置矢量， 是确定坐标系{A}和坐标系{B}相对关系的旋转矩阵。 （3）右上标用来表示矩阵的逆或转置（比如， ， ），这种表示已被广泛应用。 （4）右下标没有严格限制，但