机器人学基础机器人控制.pptx
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1、HUBO RobotHero,Im Hubo.I am a very unique robot.The more we play the more I can do!I can play games,dance and even sing to you!Lets be good friends!1Fundamentals of Robotics第1页/共57页中南大学中南大学蔡自兴,谢蔡自兴,谢 斌斌2010机器人学基础机器人学基础第五章第五章 机器人控制机器人控制2Ch.5 Robot ControlFundamentals of RoboticsFundamentals of Roboti
2、cs第2页/共57页Chapter 5 Robot Control第五章第五章 机器人控制机器人控制5.1 Basic Principles of Robot Control5.2 Position Control of Robots5.3 Hybrid Control of Force/Position of Robots 5.4 Intelligent Control of Robots5.5 Summary第3页/共57页ExamplesRobot HuBoPUMA 560Watch a video of BigDog第4页/共57页PUMA 560 Precise Universal
3、Machine for Assembly An industrial robot第5页/共57页Robot HuBoA mobile robotDesigned in USAMade in ChinaCan play games,dance and sing第6页/共57页Watch vedio BigDogMade by Boston Dynamics Co.US.A military robot which has amazing mobility and adaptability.It can climb up 35 slopes,carry more than 40 kg equipm
4、ent.Impression:Kinem.+Dynam.+?第7页/共57页8Chapter 5 Robot Control5.1 Basic Principles of Robot Control 机器人的基本控制原则机器人的基本控制原则 The issue of robot control is closely related to robotic kinematics and dynamics.(how learn?).From the point view of control,The robotic system is a representative redundant,multi
5、-variable and nonlinear control system in nature,and a complex coupling dynamic system.Every control task it self is a dynamical task.机器人学基础第8页/共57页95.1 Basic Principles of Robot ControlClassification of Controllers non-servo controlservo controlposition/speed feedback controlforce(torque)controlHyb
6、rid F-P controlsensor-based controlnonlinear controlBasic Control Principles 5.1 Basic Principles of Robot Controladaptive controlhierarchical controloptimal controlfuzzy control neurocontrol other intelligent controls 第9页/共57页10 Industrial robot controller can be divided into single-joint(link)cont
7、roller and multi-joint(link)controller.Robot control depends on its head,that the development of the processor.Various control methods can be used according to the actual working conditions.5.1 Basic Principles of Robot Control第10页/共57页11主要控制变量(Control Variables)Control variables of joints of a mani
8、pulator5.1 机器人的基本控制原则第11页/共57页12控制层次 Control Levels Level 1:Level of AILevel 2:Level of control model Level 3:Level of servo system5.1 机器人的基本控制原则第12页/共57页 Robot control is the control of bidirectional equation:末端执行装置的状态是由任务轴的许多参数表示的,它是机器人运动模型矢量X的分量。要控制矢量X 随时间变化的情况,即 ,它表示末端执行装置在空间的实时位置。只有当关节移动时,X 才变化
9、。用矢量 表示关节变量与受控量关系关节变量,即 至 。各关节具有运动学模型C1至C6,这些模型构成关节矢量 ,并由各传动电动机的力矩矢量 经过变速机送到各个关节。在电流或电压矢量 提供的动力作用和微处理机的控制下,这些电动机产生力矩 。第13页/共57页14控制层次 Control Levels 1st Grade:Artificial Intelligence level2nd Grade:Control model level3rd Grade:Servo system-level5.1 Basic Principles of Robot Control第14页/共57页伺服控制系统举例伺
10、服控制系统举例Servo driven system of hydraulic cylinder155.1 机器人的基本控制原则第15页/共57页Electro-hydraulic servo control system165.1 机器人的基本控制原则第16页/共57页17Manipulator consists of a series of links,whose dynamic characteristics are highly non-linear.We need to build up the mathematical model to control the motor-driv
11、en manipulator.Two assumptions in the designing of model:The manipulator is an ideal rigid body without friction and gap.Only one degree of freedom for each link,either translation or rotation.5.2 Position Control of Robot 机器人的位置控制机器人的位置控制5.2 Position Control of Robot第17页/共57页18 直流传动系统的建模直流传动系统的建模nT
12、ransfer function and equivalent diagram 5.2 机器人的位置控制第18页/共57页根据电力传动原理可求得下列传递函数:电动机的开环传递函数,见式5.16电枢控制直流电动机的传递函数(1),见式5.23 第19页/共57页20Speed regulation of DC motor5.2 机器人的位置控制第20页/共57页21Basic control structures Structure of Position Control 位置控制的基本结构位置控制的基本结构5.2 机器人的位置控制第21页/共57页22Servo controlstructur
13、e of PUMA Structure of Position Control5.2 机器人的位置控制第22页/共57页23Servo control structure for PUMA robot Structure of Position Control5.2 Position Control of Robot第23页/共57页24Servo control structure for PUMA robot Structure of Position Control5.2 Position Control of Robot第24页/共57页25单关节位置控制器单关节位置控制器nStruc
14、ture of Position control system5.2 Position Control of Robot第25页/共57页26Transfer function of a single-joint controller5.2 Position Control of Robot第26页/共57页275.2 Position Control of Robot第27页/共57页28Determinate Parameters and the Steady-State Error(SSE)Steady-State Error(SSE)5.2 Position Control of Ro
15、bot第28页/共57页多关节位置控制器多关节位置控制器29Lagrangian dynamic equation5.2 Position Control of Robot第29页/共57页5.2 Position Control of Robot30第30页/共57页多关节位置控制器多关节位置控制器31Compensation of Coupled Inertia 耦合惯量补偿5.2 Position Control of Robot第31页/共57页325.3 Hybrid Position/Force Control of Robots 机器人的力和位置混合控制机器人的力和位置混合控制
16、Hybrid Position/Force Control 力和位置混合控制方案力和位置混合控制方案Active Stiffness Control主动刚性控制 如果希望在某个方向上遇到实际约束,那么这个方向的刚性应当降低,以保证有较低的结构应力;反之,在某些不希望碰到实际约束的方向上,则应加大刚性,这样可使机械手紧紧跟随期望轨迹。于是,就能够通过改变刚性来适应变化的作业要求。5.3 Hybrid Position/Force Control of Robot第32页/共57页33 Hybrid ControlRaibert-Craig Position/Force Hybrid Contro
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- 机器人学 基础 机器人 控制
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