第六章 机器人轨迹规划、生成与控制技术.pptVIP

职业培训师、管理顾问：徐剑 xuj2@em.tsinghua.edu.cn 工业机器人系统组成 4.1 机器人的轨迹规划与生成 4.1.1 机器人规划的基本概念 4.1.2 关节空间法 4.1.3 直角坐标空间法 4.1.4 轨迹的实时生成 4.1.5 路径的描述 4.1.1 机器人规划的基本概念 4.2 机器人控制综述 机器人控制的基本目的： 告诉机器人要做什么; 机器人接受命令，并形成作业的控制策略; 保证正确完成作业;? 通报作业完成情况。 机器人控制系统的特点 1)机器人有若干个关节，典型工业业机器人有5至6个关节。每个关节由一个伺服系统控制，多个关节的运动要求各个伺服系统协同工作。 2)机器人的工作任务是要求操作机的末端执行器进行空间点位运动或轨迹运动。对机器人运动的控制，需要进行复杂的坐标变换运算，以及矩阵函数的逆运算。 3)机器人的数学模型是一个多变量、非线性和变参数的复杂模型，各变量之间还存在着耦合，因此机器人的控制中经常使用前馈、补偿、解耦、自适应等复杂控制技术。 4)较高级的机器人要求对环境条件、控制指令进行测定和分析，采用计算机建立庞大的信息库，用人工智能的方法进行控制、决策、管理和操作，按照给定的要求自动选择最佳控制规律。 机器人控制系统的功能 (1)伺服控制功能 该功能主要是指机器人的运动控制，实现机器人各关节的位置、速度、加速度等的控制。 (2)运算功能 机器人运动学的正运算和逆运算是其中最基本的部分。对于具有连续轨迹控制功能的机器人来说，还需要有直角坐标轨迹插补功能和一些必要的函数运算功能。在一些高速度、高精度的机器人控制系统当中，系统往往还要完成机器人动力学模型和复杂控制算法等运算功能。 (3)系统的管理功能 ①方便的人机交互功能。 ②具有对外部环境(包括作业条件)的检测和感觉功能。 ⑤系统的监控与故障诊断功能。 机器人控制的特点 机器人的控制问题是与其运动学和动力学问题密切相关 从控制观点看，机器人系统代表冗余的、多变量和本质上非线性的控制系统，同时又是复杂的耦合动态系统。每个控制任务本身就是一个动力学任务。 在实际研究中，往往把机器人控制系统简化为若干个低阶子系统来描述。 机器人控制方法的分类 机器人控制系统的功能、组成 基本功能构成 ?·记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和 与生产工艺有关的信息。 ·示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。 在线示教包括示教盒和导引示教两种。 ·与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。 ·坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 ·人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。 ·传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等 ·位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。 ·故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和 故障自诊断。 机器人控制系统的组成 （1）控制计算机 ? 控制系统的调度指挥机构。一般为微型机、微处理器有32位、64位等，如奔腾系列CPU以及其他类型CPU； （2）示教盒 ? 示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的CPU以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互； （3）操作面板 ? 由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作； （4）硬盘和软盘存储 存储机器人工作程序的外围存储器； （5）数字和模拟量输入输出 ? 各种状态和控制命令的输入或输出； （6）打印机接口? 记录需要输出的各种信息； （7）传感器接口 ? 用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器； （8）轴控制器 ? 完成机器人各关节位置、速度和加速度控制； （9）辅助设备控制 ? 用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等； （10）通信接口 ? 实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等； （11）网络接口 。 机器人控制系统框图 机器人的轨迹控制 机械手由初始点(位置和姿态)运动到终止点经过的空间曲线称为路径。 轨迹规划方法一般是在机器人初始位置和目标位置之间用多项式函数来“内插”或“逼近”给定的路径，并产生一系列“控制设定点”。路径端点一般是在笛卡儿坐标中给出的。如果需要某些位置的关节坐标，则可调用运动学逆问题求解程