串联机器人控制PPT讲稿.ppt

串联机器人控制第1页，共23页，编辑于2022年，星期三第一阶段：第一阶段：研究研究问题问题：操作控制串：操作控制串联联机器人机器人方法思路：方法思路：1、机器人控制理论、机器人控制理论 2、机器人空间运动学、机器人空间运动学 3、机器人空间动力学、机器人空间动力学第2页，共23页，编辑于2022年，星期三学学习习思路：思路：1、通过学习电路和、通过学习电路和PLC了解基础控制指令，对了解基础控制指令，对控制有个基础认识，但机器人控制涉及矢量变控制有个基础认识，但机器人控制涉及矢量变换和控制算法。换和控制算法。2、通过学习机器人学导论数值分析矩、通过学习机器人学导论数值分析矩阵理论，认识矢量变换和控制算法。（目前只阵理论，认识矢量变换和控制算法。（目前只学习机器人运动学）学习机器人运动学）3、通过学习现代控制理论和、通过学习现代控制理论和PLC，控制操作，控制操作臂。臂。第3页，共23页，编辑于2022年，星期三这次汇报以下方面：一、工业机器人简介（类别、参数、优点）二、串联机器人正解和逆解第4页，共23页，编辑于2022年，星期三机器人的种类很多。可以按驱动形式、用机器人的种类很多。可以按驱动形式、用途、结构和智能水平等观点划分。途、结构和智能水平等观点划分。按几何结构分类：利用机构特性分类。按几何结构分类：利用机构特性分类。串联机器人：各连杆为串联串联机器人：各连杆为串联并联机器人：各连杆为并联并联机器人：各连杆为并联第5页，共23页，编辑于2022年，星期三机器人基本组成及技术参数机器人基本组成及技术参数工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。三大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。三大部分是：机械部分、传感部分、控制部分。六个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人六个子系统是：驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人-环境交互系统、人机交互系统、控制系统。环境交互系统、人机交互系统、控制系统。主要技术参数：主要技术参数：1 1、自由度、自由度 2 2、重复定位精度、重复定位精度 3 3、工作范围、工作范围 4 4、最大工作精度、最大工作精度 5 5、承载能力承载能力第6页，共23页，编辑于2022年，星期三工业机器人的优点：1.减少劳动力费用；2.提高生产率；3.改进产品质量；4.增加制造过程的柔性；5.减少材料浪费；6.控制和加快库存的周转；7.降低生产成本；8.消除了危险和恶劣的劳动岗位。第7页，共23页，编辑于2022年，星期三串联机器人的控制是一个多输入多输出问题。也就是说，需要矢量表示关节位置、速度和加速度，控制律所计算的是各关节驱动信号矢量。这半个月我主要学习串联机器人的运动学正解和逆解过程，即关节位置矢量。第8页，共23页，编辑于2022年，星期三机器人运动学研究的是机器人各连杆间的位移关系、速度关系和加速度关系。我目前的学习主要是位移关系，即研究的是机器人手部相对于机座的位置和姿态。串联机器人是一开式运动链，它是由一系列连杆通过转动关节或移动关节串联而成的。关节由驱动器驱动，关节的相对运动导致连杆的运动，使手爪到达一定的位姿。第9页，共23页，编辑于2022年，星期三位姿：1、位姿包含位置和姿态。矢量-位置；坐标系-姿态。2、不同算子对坐标系变换的作用。第10页，共23页，编辑于2022年，星期三为了研究机器人连杆间的位移关系，可以在每个连杆上固联一个运动坐标系（称为连杆坐标系或附体坐标系），然后研究各坐标系（连杆）之间的关系。Denavit和Hartenberg提出了一种建立连杆坐标系的规则，用44的齐次变换矩阵来描述相邻连杆间的位姿关系，进而推导出机器人手部坐标系相对于机座坐标系的位姿矩阵，建立机器人的运动方程。第11页，共23页，编辑于2022年，星期三第12页，共23页，编辑于2022年，星期三第13页，共23页，编辑于2022年，星期三连杆变换推导关键公式，便于便于求解关键公式，便于便于求解PUMA560第14页，共23页，编辑于2022年，星期三已知机器人各关节的位移值，求其手部的位姿，这称为机器人运动学的正问题；其逆问题则是：已知手部位姿，求解各关节变量的位移值。正问题和逆问题都与机器人连杆的结构和参数有关。第15页，共23页，编辑于2022年，星期三运动学正问题和逆问题运动学正问题和逆问题第16页，共23页，编辑于2022年，星期三演算示例：分析PUMA560机器人运动学推导：关键点：连杆参数表步骤：1、画图2、填连杆参数表3、代入公式计算第17页，共23页，编辑于2022年，星期三第18页，共23页，编辑于2022年，星期三PUMA560PUMA560机器人的运动学方程机器人的运动学方程PUMA560 PUMA560 有六个自由度，其关节全是转动关节，其有六个自由度，其关节全是转动关节，其杆件坐标系的建立如下：杆件坐标系的建立如下：杆件坐标系建立法杆件坐标系建立法 给定一个给定一个n n自由度的机器人，自由度的机器人，其几何形态类似于人的手臂，本算法按手臂的形其几何形态类似于人的手臂，本算法按手臂的形态为每一杆件建立一个标准正交坐标系。从机座态为每一杆件建立一个标准正交坐标系。从机座开始到末端执行器逐个给坐标系标号。相邻杆件开始到末端执行器逐个给坐标系标号。相邻杆件间的关系可用间的关系可用4444齐次变换矩阵表示。这样建立齐次变换矩阵表示。这样建立的坐标系有助于制定一种步骤统一的关节变量解的坐标系有助于制定一种步骤统一的关节变量解法。法。第19页，共23页，编辑于2022年，星期三一旦建立了每一个杆件的DH坐标系，即可方便的确定联系第i坐标系和第i-1坐标系的齐次变换矩阵。只需以下四步变换：将 轴绕 轴转动 角，它同 平行且指 向相同；沿 轴平移 ，使 和 轴重合；沿 轴平移 ，使两坐标系原点重合；绕 轴转动 角，使两坐标系完全重合。这四种变换都可用基本平移、转动齐次变换矩阵表示，四次变换的乘积就是第i坐标系相对于第i-1坐标系的齐次变换矩阵。第20页，共23页，编辑于2022年，星期三PUMA560机器人的运动学逆解可能存在8种解，在求解 和 时的正负号对应4种可能解。另外，腕部的翻转又有两种可能解。虽然理论上存在8种可能解，但由于各关节转角的限制，使得某些位姿下的运动学逆解少于8个，在存在多解的情况下，应选择当前的最优解。第21页，共23页，编辑于2022年，星期三下周学习计划：1、操作臂动力学。（John J.Craig，机器人学导论）（蔡自兴，机器人学）2、c语言程序设计 导师和同学指导意见：第22页，共23页，编辑于2022年，星期三谢谢！第23页，共23页，编辑于2022年，星期三