第七章柔顺控制ppt课件.ppt
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1、认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 对于一个被约束的机械手进行控制要比一般的机械手的控制更为复杂对于一个被约束的机械手进行控制要比一般的机械手的控制更为复杂对于一个被约束的机械手进行控制要比一般的机械手的控制更为复杂对于一个被约束的机械手进行控制要比一般的机械手的控制更为复杂和困难:和困难:和困难:和困难:1 1 1 1)约束使自由度减少,以致再不能规定末端的任意运动;)约束使自由度减少,以致再不能规定末端的任意运动;)约束使自由度减少,以致再不能规定末端的任意运动;)约束使自由度减少,以致再不能规定末端的任意
2、运动;2 2 2 2)约束给手臂施加一个反作用力,必须对这个力进行有效控制,以免它)约束给手臂施加一个反作用力,必须对这个力进行有效控制,以免它)约束给手臂施加一个反作用力,必须对这个力进行有效控制,以免它)约束给手臂施加一个反作用力,必须对这个力进行有效控制,以免它任意增大,甚至损害机械手或与其接触的表面;任意增大,甚至损害机械手或与其接触的表面;任意增大,甚至损害机械手或与其接触的表面;任意增大,甚至损害机械手或与其接触的表面;3 3 3 3)需要同时对机械手的位置和所受的约束反力进行控制。)需要同时对机械手的位置和所受的约束反力进行控制。)需要同时对机械手的位置和所受的约束反力进行控制。
3、)需要同时对机械手的位置和所受的约束反力进行控制。第七章第七章第七章第七章 机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制7.1 7.1 概述概述概述概述柔顺控制目的柔顺控制目的柔顺控制目的柔顺控制目的认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 1.1.1.1.位置控制的局限性位置控制的局限性位置控制的局限性位置控制的局限性 当机械臂末端与工作环境有任何接触时,只依靠位置控制是不能满足当机械臂末端与工作环境有任何接触时,只依靠位置控制是不能满足当机械臂末端与工作环境有任何接触时,只依靠位置控制是不能满足当机械
4、臂末端与工作环境有任何接触时,只依靠位置控制是不能满足要求的。要求的。要求的。要求的。Consider a manipulator washing a window with a sponge.The compliance of the sponge might make it possible to regulate the force applied to the window.Imagine that the manipulator is scraping paint off a glass surface,using a rigid scraping tool.If there is
5、any error in the position of the manipulator,this task would become impossible.第七章第七章第七章第七章 机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制7.1 7.1 概述概述概述概述柔顺控制目的柔顺控制目的柔顺控制目的柔顺控制目的认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 If the stiffness of the end-effector,tool,or environment is high,it becomes incr
6、easingly difficult to perform operations in which the manipulator presses against a surface.It would be more reasonable not to specify the position of the plane of the glass,but rather to specify a force that is to be maintained normal to the surface.第七章第七章第七章第七章 机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制7.1 7.1
7、概述概述概述概述柔顺控制目的柔顺控制目的柔顺控制目的柔顺控制目的认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 2.2.2.2.工业机器人装配作业应用工业机器人装配作业应用工业机器人装配作业应用工业机器人装配作业应用 装配作业中要求部件间的相互精确定位,而目前工业机器人还不具备装配作业中要求部件间的相互精确定位,而目前工业机器人还不具备装配作业中要求部件间的相互精确定位,而目前工业机器人还不具备装配作业中要求部件间的相互精确定位,而目前工业机器人还不具备精确的位置控制能力,保证装配任务的完成。精确的位置控制能力,保证装配任
8、务的完成。精确的位置控制能力,保证装配任务的完成。精确的位置控制能力,保证装配任务的完成。Simple application:such as spot welding,spray painting,and pick-and-place operations.Force control has already appeared in a few applications,for example,capable of simple force control allows them to do such tasks as grinding and deburring.Assembly-line
9、tasks:Apparently,the next big area of application.In which one or more parts are mated.In such parts-mating tasks,monitoring and control of the forces of contact are extremely important.第七章第七章第七章第七章 机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制7.1 7.1 概述概述概述概述柔顺控制目的柔顺控制目的柔顺控制目的柔顺控制目的认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年
10、来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 测量和控制机器人末端与环境的表面接触力是提高位置有效精度的有测量和控制机器人末端与环境的表面接触力是提高位置有效精度的有测量和控制机器人末端与环境的表面接触力是提高位置有效精度的有测量和控制机器人末端与环境的表面接触力是提高位置有效精度的有效方法。效方法。效方法。效方法。与位置控制系统不同的是,接触力的测量是相对的,而不需要绝对的与位置控制系统不同的是,接触力的测量是相对的,而不需要绝对的与位置控制系统不同的是,接触力的测量是相对的,而不需要绝对的与位置控制系统不同的是,接触力的测量是相对的,而不需要绝对的位置误差测量。位置误差测量。位置误
11、差测量。位置误差测量。当部件间具有一定刚度接触时,小的相对位置误差会产生大的接触力,当部件间具有一定刚度接触时,小的相对位置误差会产生大的接触力,当部件间具有一定刚度接触时,小的相对位置误差会产生大的接触力,当部件间具有一定刚度接触时,小的相对位置误差会产生大的接触力,所以力的控制对位置控制精度还有很大帮助。所以力的控制对位置控制精度还有很大帮助。所以力的控制对位置控制精度还有很大帮助。所以力的控制对位置控制精度还有很大帮助。第七章第七章第七章第七章 机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制7.1 7.1 概述概述概述概述柔顺控制目的柔顺控制目的柔顺控制目的柔顺控制目的认识到了
12、贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 1 1 1 1、被动柔顺:、被动柔顺:、被动柔顺:、被动柔顺:将弹簧和消振器构成的无源机械装置安装在机械手的末端上,使机将弹簧和消振器构成的无源机械装置安装在机械手的末端上,使机将弹簧和消振器构成的无源机械装置安装在机械手的末端上,使机将弹簧和消振器构成的无源机械装置安装在机械手的末端上,使机械手能够维持适当的方位。限于应用于一些专门的任务。械手能够维持适当的方位。限于应用于一些专门的任务。械手能够维持适当的方位。限于应用于一些专门的任务。械手能够维持适当的方位。限于应用于一些专门的
13、任务。2 2 2 2、主动柔顺:、主动柔顺:、主动柔顺:、主动柔顺:通过控制方法使末端呈现需要的刚度和阻尼或力作用要求,达到柔通过控制方法使末端呈现需要的刚度和阻尼或力作用要求,达到柔通过控制方法使末端呈现需要的刚度和阻尼或力作用要求,达到柔通过控制方法使末端呈现需要的刚度和阻尼或力作用要求,达到柔顺控制的目的。顺控制的目的。顺控制的目的。顺控制的目的。能够对不同类型的零件进行操作,或者能够根据装配作业不同阶段能够对不同类型的零件进行操作,或者能够根据装配作业不同阶段能够对不同类型的零件进行操作,或者能够根据装配作业不同阶段能够对不同类型的零件进行操作,或者能够根据装配作业不同阶段的要求来修改
14、末端装置的弹性性能。的要求来修改末端装置的弹性性能。的要求来修改末端装置的弹性性能。的要求来修改末端装置的弹性性能。第七章第七章第七章第七章 机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制7.1 7.1 概述概述概述概述柔顺控制方法柔顺控制方法柔顺控制方法柔顺控制方法认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 机器人的工作任务可根据机器人末端与工作环境间的不同接触状态机器人的工作任务可根据机器人末端与工作环境间的不同接触状态机器人的工作任务可根据机器人末端与工作环境间的不同接触状态机器人的工作任务可根据机器人
15、末端与工作环境间的不同接触状态而划分为系列子任务,对于每一个子任务定义相应的约束集,称为自然约而划分为系列子任务,对于每一个子任务定义相应的约束集,称为自然约而划分为系列子任务,对于每一个子任务定义相应的约束集,称为自然约而划分为系列子任务,对于每一个子任务定义相应的约束集,称为自然约束,来源于子任务构型的机械和几何性能约束。束,来源于子任务构型的机械和几何性能约束。束,来源于子任务构型的机械和几何性能约束。束,来源于子任务构型的机械和几何性能约束。A hand in contact with a stationary,rigid surface is not free to move thr
16、ough that surface;hence,a natural position constrains exist.If the surface is frictionless,the hand is not free to apply arbitrary forces tangent to the surface,thus,a natural force constraint exist.第七章第七章第七章第七章 机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制7.2 7.2 作业约束作业约束作业约束作业约束自然约束自然约束自然约束自然约束认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对
17、症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 In the model of contact with the environment,for each subtask configuration,a generalized surface can be defined with position constraints along the normals to this surface and force constraints along the tangents.These two types of constraint,force and positi
18、on,partition the degrees of freedom of possible end-effector motions into two orthogonal sets that must be controlled according to different criteria.The term natural constraints is used to indicate that these constraints arise naturally from the particular contacting situation.They have nothing to
19、do with the desired or intended motion of the manipulator.第七章第七章第七章第七章 机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制7.2 7.2 作业约束作业约束作业约束作业约束自然约束自然约束自然约束自然约束认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 根据自然约束状态,必须设计需要的位置控制或力控制,即每一时根据自然约束状态,必须设计需要的位置控制或力控制,即每一时根据自然约束状态,必须设计需要的位置控制或力控制,即每一时根据自然约束状态,必须设计需
20、要的位置控制或力控制,即每一时刻都要设计期望的位置轨迹或力的约束,定义为人为约束。刻都要设计期望的位置轨迹或力的约束,定义为人为约束。刻都要设计期望的位置轨迹或力的约束,定义为人为约束。刻都要设计期望的位置轨迹或力的约束,定义为人为约束。These constraints also occur along the tangents and normals of the generalized constraint surface.But unlike natural constraints,artificial force constraints are specified along sur
21、face normals,and artificial position constraints along tangents.第七章第七章第七章第七章 机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制7.2 7.2 作业约束作业约束作业约束作业约束人为约束人为约束人为约束人为约束认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 约束坐标系约束坐标系约束坐标系约束坐标系CCCC根据任务环境设定,也可以固定在机器人末端,形成根据任务环境设定,也可以固定在机器人末端,形成根据任务环境设定,也可以固定在机器人末端,形成根据
22、任务环境设定,也可以固定在机器人末端,形成移动坐标系。机器人的工作任务是相对约束坐标系定义的,即自然约束和移动坐标系。机器人的工作任务是相对约束坐标系定义的,即自然约束和移动坐标系。机器人的工作任务是相对约束坐标系定义的,即自然约束和移动坐标系。机器人的工作任务是相对约束坐标系定义的,即自然约束和人为约束是定义在约束坐标系的。人为约束是定义在约束坐标系的。人为约束是定义在约束坐标系的。人为约束是定义在约束坐标系的。In(a),C is attached to the crank with the X direction always directed toward the pivot.In(b
23、),C is attached to the tip of the screwdriver and moves with it as the task proceeds.第七章第七章第七章第七章 机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制7.2 7.2 作业约束作业约束作业约束作业约束约束坐标系约束坐标系约束坐标系约束坐标系认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目 Example:A task to pull up a peg from a hole.The problem is to find nat
24、ural and artificial constraints.Assume:The peg can move in the vertical direction without friction when sliding in the hole.The task process is quisi-static in that any inertial force is negligibly small.第七章第七章第七章第七章 机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制机器人柔顺控制7.2 7.2 作业约束作业约束作业约束作业约束举例举例举例举例认识到了贫困户贫困的根本原因,才能开始对症下药
25、,然后药到病除。近年来国家对扶贫工作高度重视,已经展开了“精准扶贫”项目Constrains in kinematic domainNatural constrains:The peg cannot be moved in the x and y directions due to the geometric constraint:The peg cannot be rotated about the x and y axes:Artificial constrains:The remaining directions are linear and angular z axes.Velocit
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