机器人学基础机器人控制蔡自兴.pptx
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1、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1页/共57页RobotHuboMade in ChinaTrained in USA2Fundamentals of Robotics第2页/共57页HUBO RobotHero,Im Hubo.I
2、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!3Fundamentals of Robotics第3页/共57页ExamplesRobot HuBoPUMA 560Watch a video of BigDog第4页/共57页PUMA 560 Precise Universal Machine for Assembly An industrial robot第5页/共57页Robot HuBoA
3、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 equipment.Impression:Kinem.+Dynam.+?第7页/共57页8Chapter 5 Robot Contr
4、ol5.1 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-variable and nonlinear control system in nature,and a compl
5、ex 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)controlHybrid F-P controlsensor-based controlnonlinear controlBasic Co
6、ntrol 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)controller and multi-joint(link)controller.Robot control depends
7、 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 manipulator5.1 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:
8、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。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
9、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服控制系统举例Servo driven system of hydraulic cylinder155.1 机器人的基本
10、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-driven manipulator.Two assumptions in the designing of model:The
11、 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nTransfer function and equivalent diagram 5.2 机器人的位置控制第18页/共57
12、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 controlstructure of PUMA Structure of Position Control5.2 机器人的位置控制第22页/共57页
13、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nStructure of Position control system5.2 Position Control of Robot
14、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 Robot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
15、 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 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 Sti
16、ffness 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 Controller雷伯特雷伯特-克雷格位置克雷格位置/力混合控制器力混合控制器5.3 Hybrid Position/Force
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- 机器人学 基础 机器人 控制
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