机器人基本控制方法解析ppt课件.ppt
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1、为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益4 机器人基本控制方法机器人基本控制方法机器人控制的特点机器人控制的特点机器人控制的分类机器人控制的分类机器人位置控制机器人位置控制机器人力控制机器人力控制机器人位置机器人位置/力控制力控制1为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益机器人控制的特点机器人控制的特点传传统统自自动动机机械械的的控控制制以以自自身身的的动动作作为为重重点点,而而机机器器人人的控制的控制更着重本体与操作对象的相互关系更着重本体与
2、操作对象的相互关系。机机器器人人的的控控制制与与机机构构运运动动学学及及动动力力学学密密切切相相关关,经经常常要要求求解解运运动动学学正正问问题题和和逆逆问问题题,并并且且由由于于各各关关节节之之间间惯惯性性力力、哥哥氏氏力力的的耦耦合合作作用用以以及及重重力力负负载载的的影影响响,使使控制问题也变得控制问题也变得复杂复杂。即即使使一一个个简简单单的的机机器器人人也也至至少少有有3-5个个自自由由度度,每每个个自自由由度度一一船船包包含含一一个个伺伺服服机机构构,多多个个独独立立的的伺伺服服系系统统必须有机地协调起来,组成一个必须有机地协调起来,组成一个多变量多变量的控制系统。的控制系统。2为
3、了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益机器人控制的特点机器人控制的特点描描述述机机器器人人状状态态和和运运动动的的数数学学模模型型是是一一个个非非线线性性模模型型,随随着着状状态态的的变变化化,其其参参数数也也在在变变化化,各各变变量量之之间间还还存存在在耦耦合合。因因此此,仅仅仅仅是是位位置置闭闭环环是是不不够够的的,还还要要利利用用速速度度,甚甚至至加加速速度度闭闭环环。系系统统中中还还经经常常采采用用一一些些控控制制策策略略,比比如如前前馈馈、PID控控制制、解解耦耦控控制制等。等。机机器器人人还还有有一一种种持
4、持有有的的控控制制方方式式示示教教再再现现控控制制方方式式。当当要要机机器器人人完完成成某某作作业业时时,可可预预先先移移动动机机器器人人的的手手臂臂,来来示示教教该该作作业业顺顺序序、位位置置以以及及其其他他信信息息,在在执执行行时时,依依靠靠机机器器人人的的动动作作再再现现功功能能,可可重重复复进进行该作业。行该作业。3为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益机器人控制的分类机器人控制的分类位置控制位置控制速度控制速度控制力(力矩)控制力(力矩)控制4为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事
5、业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益机器人控制的分类机器人控制的分类位置控制位置控制点点位位控控制制:仅仅控控制制离离散散点点上上机机器器人人手手爪爪或或工工具具的的位位姿姿,要要求求尽尽快快而而无无超超调调地地实实现现相相邻邻点点之之间间的的运运动动,但但对对相相邻邻点点之之间间的的运运动动执执逾逾一一般般不不做做具具体体规规定定。其其技技术术指指标标是是定定位位精精度度和和完完成成运运动动所所需需的的时时间间。点点焊焊、搬搬运运和和上上下下料料等等工作,都采用该控制方式。工作,都采用该控制方式。连连续续轨轨迹迹控控制制:连连续续控控制制机机器器人人手手爪爪或或工工具具的的位
6、位姿姿轨轨迹迹。一一般般要要求求轨轨迹迹光光滑滑、速速度度可可控控且且运运动动平平稳稳。其其技技术术指指标标是是轨轨迹迹精精度度和和平平稳稳性性。在在弧弧焊焊、喷喷漆漆、切切割割等等场场所所的的机机器器人人控控制制均均属属于于这一类。这一类。点位控制点位控制连续轨迹控制连续轨迹控制5为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益机器人控制的分类机器人控制的分类速速度度控控制制:对对机机器器人人的的运运动动控控制制来来说说,在在位位置置控控制制的的同同时时,有有时时还还要要进进行行速速度度控控制制。由由于于机机器器人人是是一一
7、种种工工作作情情况况(行行程程、负负载载)多多变变、惯惯性性负负载载大大的的运运动动机机构构,要要处处理理好好快快速速与与平平稳稳的的矛矛盾盾,必必须须控控制制启启动动加加速速和和停停止止前前的的减减速速这这两个过渡运动区段。两个过渡运动区段。机器人行程的速度机器人行程的速度-时间曲线时间曲线力力(力力矩矩)控控制制:在在进进行行装装配配或或抓抓取取物物体体等等作作业业时时,机机器器人人末末端端操操作作器器与与环环境境或或作作业业对对象象的的表表面面接接触触,除除了了要要求求准准确确定定位位外外,还还要要求求使使用用适适度度的的力力或或力力矩矩进进行行工作,这时就要采取力工作,这时就要采取力(
8、力矩力矩)控制方式。控制方式。6为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益机器人位置控制机器人位置控制简单机械系统的位置控制简单机械系统的位置控制单关节的位置控制单关节的位置控制基于直角坐标的位置控制基于直角坐标的位置控制机器人控制系统方框图机器人控制系统方框图7为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益简单机械系统的位置控制简单机械系统的位置控制点位控制点位控制连续轨迹控制连续轨迹控制控制规律的分解控制规律的分解8为了规范事业单位聘用关系,建立和
9、完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益点位控制点位控制质量质量-弹簧弹簧-阻尼系统阻尼系统带驱动器的质量带驱动器的质量-弹弹簧簧-阻尼系统阻尼系统9为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益点位控制点位控制式中:式中:点位控制器框图点位控制器框图10为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益连续轨迹控制连续轨迹控制单位质量系统轨迹跟踪控制器框图单位质量系统轨迹跟踪控制器框图11为了规范事业单位聘用关系,
10、建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益控制规律的分解控制规律的分解带驱动器的质量带驱动器的质量-弹弹簧簧-阻尼系统阻尼系统12为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益控制规律的分解控制规律的分解利用控制规律分解的轨迹跟踪控制器利用控制规律分解的轨迹跟踪控制器13为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益如如图图所所示示,系系统统的的参参数数m1,c=1和和k1,为为了了使使质质量量块块保保持持在
11、在某某个个固固定定位位置置,需需要要对对系系统统实实施施控控制制。试试利利用用控控制制规规律律的的分分解解方方法法,确确定定控控制制器器的的、和和增增益益kp和和kv,要要求求闭闭环环系系统统具具有有临临界界阻阻尼尼,且且刚刚度度为为k16.0。带驱动器的质量带驱动器的质量-弹弹簧簧-阻尼系统阻尼系统14为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益利用控制规律分解的定点位置控制器利用控制规律分解的定点位置控制器15为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合
12、法权益单关节的位置控制单关节的位置控制数学模型数学模型闭环传递函数闭环传递函数位置和速度控制增益的确定位置和速度控制增益的确定16为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益数学模型数学模型直流电机驱动原理图直流电机驱动原理图17为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益数学模型数学模型电枢绕组等效电路电枢绕组等效电路机械传动原理图机械传动原理图18为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和
13、职工的合法权益数学模型数学模型电枢绕组等效电路电枢绕组等效电路19为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益数学模型数学模型20为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益数学模型数学模型21为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益数学模型数学模型单关节开环传递函数单关节开环传递函数22为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保
14、障用人单位和职工的合法权益闭环传递函数闭环传递函数带位置反馈的闭环控制框图带位置反馈的闭环控制框图23为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益闭环传递函数闭环传递函数24为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益闭环传递函数闭环传递函数带位置反惯与速度反馈的闭环控制框图带位置反惯与速度反馈的闭环控制框图25为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益闭环传递函数闭环传递函数2
15、6为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益位置和速度控制增益的确定位置和速度控制增益的确定27为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益位置和速度控制增益的确定位置和速度控制增益的确定28为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益基于直角坐标的位置控制基于直角坐标的位置控制直角坐标路径输入时的控制方案直角坐标路径输入时的控制方案直角坐标解耦控制直角坐标解耦控制29为了规范事
16、业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益直角坐标路径输入时的控制方案直角坐标路径输入时的控制方案直角坐标路径输入的关节空间控制方案直角坐标路径输入的关节空间控制方案直角坐标空间控制方案原理图直角坐标空间控制方案原理图30为了规范事业单位聘用关系,建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度,保障用人单位和职工的合法权益直角坐标解耦控制直角坐标解耦控制用直角坐标变量表示的操作空间机器人动力学方程为:用直角坐标变量表示的操作空间机器人动力学方程为:式中:式中:F为作用在机器人末端操作器上的广义操作力;为作用在机器人末
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