第六章機(jī)器人的軌跡規(guī)劃、生成與控制技術(shù)

1、 機(jī)器人的軌跡規(guī)劃與生成機(jī)器人的軌跡規(guī)劃與生成 機(jī)器人控制綜述機(jī)器人控制綜述 機(jī)器人控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成機(jī)器人控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成 機(jī)器人傳感器機(jī)器人傳感器4.1 4.1 機(jī)器人的軌跡規(guī)劃與生成機(jī)器人的軌跡規(guī)劃與生成 所謂機(jī)器人的規(guī)劃所謂機(jī)器人的規(guī)劃(P1anning)(P1anning)，指的是，指的是機(jī)器人根據(jù)自身的任務(wù)，求得完成這一任務(wù)機(jī)器人根據(jù)自身的任務(wù)，求得完成這一任務(wù)的解決方案的過程的解決方案的過程。這里所說的任務(wù)，具有廣。這里所說的任務(wù)，具有廣義的概念，既可以指機(jī)器人要完成的某一具體義的概念，既可以指機(jī)器人要完成的某一具體任務(wù)，也可以是機(jī)器人的某個動作，比如手部任務(wù)，也可以是機(jī)器人的

2、某個動作，比如手部或關(guān)節(jié)的某個規(guī)定的運動等?；蜿P(guān)節(jié)的某個規(guī)定的運動等。 為說明機(jī)器人規(guī)劃的概念，我們舉下面的為說明機(jī)器人規(guī)劃的概念，我們舉下面的例子：例子： 在一些老齡化比較嚴(yán)重的國家，開發(fā)了各種各在一些老齡化比較嚴(yán)重的國家，開發(fā)了各種各樣的機(jī)器人專門用于伺候老人，這些機(jī)器人有不少是樣的機(jī)器人專門用于伺候老人，這些機(jī)器人有不少是采用聲控的方式比如主人用聲音命令機(jī)器人采用聲控的方式比如主人用聲音命令機(jī)器人“給我給我倒一杯開水倒一杯開水”，我們先不考慮機(jī)器人是如何識別人的，我們先不考慮機(jī)器人是如何識別人的自然語言，而是著重分析一下機(jī)器人在得到這樣一個自然語言，而是著重分析一下機(jī)器人在得到這樣一個命

3、今后，如何來完成主人交給的任務(wù)。命今后，如何來完成主人交給的任務(wù)。 首先，機(jī)器人應(yīng)該把任務(wù)進(jìn)行分解，把主人交代的任務(wù)分解成為“取一個杯子”、“找到水壺”、“打開瓶塞”、“把水倒人杯中”、“把水送給主人”等一系列子任務(wù)。這一層次的規(guī)劃稱為(Task planning)，它完成總體任務(wù)的分解。 然后再針對每一個子任務(wù)進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)劃。以“把水倒入杯中”這一子任務(wù)為例，可以進(jìn)一步分解成為“把水壺提到杯口上方”、“把水壺傾斜倒水入杯”、“把水壺豎直“、“把水壺放回原處”等一系列動作，這一層次的規(guī)劃稱為(Motion P1anning)，它把實現(xiàn)每一個子任務(wù)的過程分解為一系列具體的動作。 為了實現(xiàn)每一個

4、動作，需要對手部的運動軌跡進(jìn)行必要的規(guī)定，這是手部軌跡規(guī)劃軌跡規(guī)劃(Hand trajectory planning )。 為了使手部實現(xiàn)預(yù)定的運動，就要知道各關(guān)節(jié)的運動規(guī)律，這是關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃(Joint trajectory planning)。 最后才是關(guān)節(jié)的運動控制運動控制(Motion control)。 上述例子可以看出，機(jī)器人的規(guī)劃是分層次的，上述例子可以看出，機(jī)器人的規(guī)劃是分層次的，從高層的從高層的任務(wù)規(guī)劃任務(wù)規(guī)劃，動作規(guī)劃動作規(guī)劃到到手手部軌跡規(guī)劃部軌跡規(guī)劃和和關(guān)節(jié)關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃軌跡規(guī)劃，最后才是，最后才是底層的控制底層的控制( (見圖見圖) )。在上述例子。在上述例

5、子中，我們沒有討論力的問題，實際上，對有些機(jī)器人中，我們沒有討論力的問題，實際上，對有些機(jī)器人來說，力的大小也是要控制的，這時，除了手部或關(guān)來說，力的大小也是要控制的，這時，除了手部或關(guān)節(jié)的軌跡規(guī)劃，還要進(jìn)行手部和關(guān)節(jié)輸出節(jié)的軌跡規(guī)劃，還要進(jìn)行手部和關(guān)節(jié)輸出力的規(guī)劃力的規(guī)劃。 智能化程度越高，規(guī)劃的層次越多，操作就越簡智能化程度越高，規(guī)劃的層次越多，操作就越簡單。單。 對工業(yè)機(jī)器人來說，高層的任務(wù)規(guī)劃和動作規(guī)劃對工業(yè)機(jī)器人來說，高層的任務(wù)規(guī)劃和動作規(guī)劃一般是依賴人來完成的。而且一般的工業(yè)機(jī)器人也不一般是依賴人來完成的。而且一般的工業(yè)機(jī)器人也不具備力的反饋，所以，工業(yè)機(jī)器人通常只具有軌跡規(guī)具備力

6、的反饋，所以，工業(yè)機(jī)器人通常只具有軌跡規(guī)劃的和底層的控制功能。劃的和底層的控制功能。取一個杯子取一個杯子 找到水壺找到水壺 打開水壺打開水壺把水倒入杯中把水倒入杯中 把水送給主人把水送給主人給主人倒一杯水給主人倒一杯水 提起水壺到杯口上方提起水壺到杯口上方 把水壺傾斜把水壺傾斜 把水壺豎直把水壺豎直 把水壺放回原處把水壺放回原處 手部從手部從A點移到點移到B 點點 關(guān)節(jié)從關(guān)節(jié)從A點移到點移到B點點圖圖 智能機(jī)器人的規(guī)劃層次智能機(jī)器人的規(guī)劃層次 軌跡規(guī)劃的目的是軌跡規(guī)劃的目的是將操作人員輸入的將操作人員輸入的簡單的簡單的任務(wù)描述任務(wù)描述變?yōu)樵敿?xì)的變?yōu)樵敿?xì)的運動軌跡描述運動軌跡描述。 例如，對一般

7、的工業(yè)機(jī)器人來說，操作員可能只例如，對一般的工業(yè)機(jī)器人來說，操作員可能只輸入機(jī)械手末端的目標(biāo)位置和方位，而規(guī)劃的任務(wù)便輸入機(jī)械手末端的目標(biāo)位置和方位，而規(guī)劃的任務(wù)便是要確定出達(dá)到目標(biāo)的關(guān)節(jié)軌跡的形狀、運動的時間是要確定出達(dá)到目標(biāo)的關(guān)節(jié)軌跡的形狀、運動的時間和速度等。這里所說的軌跡是指隨時間變化的位置、和速度等。這里所說的軌跡是指隨時間變化的位置、速度和加速度。速度和加速度。 簡言之，機(jī)器人的工作過程，就是通過規(guī)劃，將要求的任簡言之，機(jī)器人的工作過程，就是通過規(guī)劃，將要求的任務(wù)變?yōu)槠谕倪\動和力，由控制環(huán)節(jié)根據(jù)期望的運動和力的信務(wù)變?yōu)槠谕倪\動和力，由控制環(huán)節(jié)根據(jù)期望的運動和力的信號，產(chǎn)生相應(yīng)的

8、控制作用，以使機(jī)器人輸出實際的運動和力，號，產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用，以使機(jī)器人輸出實際的運動和力，從而完成期望的任務(wù)。這一過程表述如下圖所示。這里，機(jī)器從而完成期望的任務(wù)。這一過程表述如下圖所示。這里，機(jī)器人實際運動的情況通常還要反饋給規(guī)劃級和控制級，以便對規(guī)人實際運動的情況通常還要反饋給規(guī)劃級和控制級，以便對規(guī)劃和控制的結(jié)果做出適當(dāng)?shù)男拚?。劃和控制的結(jié)果做出適當(dāng)?shù)男拚?。人人機(jī)機(jī)接接口口規(guī)規(guī)劃劃控控制制機(jī)機(jī)器器人人本本體體要求的任務(wù)要求的任務(wù) 期望的期望的運動和力運動和力 實際的實際的運動和力運動和力控制作用控制作用圖圖 機(jī)器人的工作原理示意圖機(jī)器人的工作原理示意圖 上圖中，要求的任務(wù)由操作人員輸

9、入給機(jī)器人，上圖中，要求的任務(wù)由操作人員輸入給機(jī)器人，為了使機(jī)器人操作方便、使用簡單，必須允許操作人為了使機(jī)器人操作方便、使用簡單，必須允許操作人員給出盡量簡單的描述。員給出盡量簡單的描述。 上圖中，期望的運動和力是進(jìn)行機(jī)器人控制所必上圖中，期望的運動和力是進(jìn)行機(jī)器人控制所必需的輸入量，它們是機(jī)械手末端在每一個時刻的位姿需的輸入量，它們是機(jī)械手末端在每一個時刻的位姿和速度，對于絕大多數(shù)情況，還要求給出每一時刻期和速度，對于絕大多數(shù)情況，還要求給出每一時刻期望的關(guān)節(jié)位移和速度，有些控制方法還要求給出期望望的關(guān)節(jié)位移和速度，有些控制方法還要求給出期望的加速度等。的加速度等。對于對于PTPPTP控制

10、控制: : 通常只給出機(jī)械手末端的起點和終點，有時也通常只給出機(jī)械手末端的起點和終點，有時也給出一些中間經(jīng)過點，所有這些點統(tǒng)稱為路徑點。給出一些中間經(jīng)過點，所有這些點統(tǒng)稱為路徑點。應(yīng)注意這里所說的應(yīng)注意這里所說的“點點” ” 不僅包括機(jī)械手末端的不僅包括機(jī)械手末端的位置，而且包括方位，因此描述一個點通常需要位置，而且包括方位，因此描述一個點通常需要6 6個量。通常希望機(jī)械手末端的運動是光滑的，即它個量。通常希望機(jī)械手末端的運動是光滑的，即它具有連續(xù)的一階導(dǎo)數(shù)，有時甚至要求具有連續(xù)的二具有連續(xù)的一階導(dǎo)數(shù)，有時甚至要求具有連續(xù)的二階導(dǎo)數(shù)。不平滑的運動容易造成機(jī)構(gòu)的磨損和破壞階導(dǎo)數(shù)。不平滑的運動容易

11、造成機(jī)構(gòu)的磨損和破壞，甚至可能激發(fā)機(jī)械手的振動。因此規(guī)劃的任務(wù)便，甚至可能激發(fā)機(jī)械手的振動。因此規(guī)劃的任務(wù)便是要根據(jù)給定的路徑點規(guī)劃出通過這些點的光滑的是要根據(jù)給定的路徑點規(guī)劃出通過這些點的光滑的運動軌跡。運動軌跡。對于對于CPCP控制控制: : 機(jī)械手末端的運動軌跡是根據(jù)任務(wù)的需要給定機(jī)械手末端的運動軌跡是根據(jù)任務(wù)的需要給定的，但是它也必須按照一定的采樣間隔，通過逆運的，但是它也必須按照一定的采樣間隔，通過逆運動學(xué)計算，將其變換到關(guān)節(jié)空間，然后在關(guān)節(jié)空間動學(xué)計算，將其變換到關(guān)節(jié)空間，然后在關(guān)節(jié)空間中尋找光滑函數(shù)來擬合這些離散點最后，還有在中尋找光滑函數(shù)來擬合這些離散點最后，還有在機(jī)器人的計算

12、機(jī)內(nèi)部如何表示軌跡，以及如何實時機(jī)器人的計算機(jī)內(nèi)部如何表示軌跡，以及如何實時地生成軌跡的問題。地生成軌跡的問題。 軌跡規(guī)劃問題又可以分為軌跡規(guī)劃問題又可以分為關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃和和直角空間的軌跡規(guī)劃直角空間的軌跡規(guī)劃。關(guān)節(jié)空間法關(guān)節(jié)空間法 關(guān)節(jié)空間法首先將在工具空間中期望的路徑點，關(guān)節(jié)空間法首先將在工具空間中期望的路徑點，通過逆運動學(xué)計算，得到期望的通過逆運動學(xué)計算，得到期望的關(guān)節(jié)位置關(guān)節(jié)位置，然后在關(guān)，然后在關(guān)節(jié)空間內(nèi)，給每個關(guān)節(jié)找到一個經(jīng)過中間點到達(dá)目的節(jié)空間內(nèi)，給每個關(guān)節(jié)找到一個經(jīng)過中間點到達(dá)目的終點的終點的光滑函數(shù)光滑函數(shù)，同時使得每個關(guān)節(jié)到達(dá)中間點和終，同時使得每個

13、關(guān)節(jié)到達(dá)中間點和終點的點的時間相同時間相同，這樣便可保證機(jī)械手工具能夠到達(dá)期，這樣便可保證機(jī)械手工具能夠到達(dá)期望的直角坐標(biāo)位置。這里只要求各個關(guān)節(jié)在路徑點之望的直角坐標(biāo)位置。這里只要求各個關(guān)節(jié)在路徑點之間的間的時間相同時間相同，而，而各個關(guān)節(jié)的光滑函數(shù)的確定則是互各個關(guān)節(jié)的光滑函數(shù)的確定則是互相獨立的相獨立的。下面具體介紹在關(guān)節(jié)空間內(nèi)常用的兩種規(guī)劃方法下面具體介紹在關(guān)節(jié)空間內(nèi)常用的兩種規(guī)劃方法1 1） 三次多項式函數(shù)插值三次多項式函數(shù)插值 考慮機(jī)械手末端在一定時間內(nèi)從初始位置和方位移動考慮機(jī)械手末端在一定時間內(nèi)從初始位置和方位移動到目標(biāo)位置和方位的問題。利用逆運動學(xué)計算，可以首先到目標(biāo)位置和方

14、位的問題。利用逆運動學(xué)計算，可以首先求出一組起始和終了的關(guān)節(jié)位置現(xiàn)在的問題是求出一組求出一組起始和終了的關(guān)節(jié)位置現(xiàn)在的問題是求出一組通過起點和終點的通過起點和終點的。滿足這個條件的光滑函數(shù)可。滿足這個條件的光滑函數(shù)可以有許多條，如下圖所示：以有許多條，如下圖所示： 00q 0fq t 00qq ffq tq顯然，這些光滑函數(shù)必須滿足以下條件顯然，這些光滑函數(shù)必須滿足以下條件：同時若要求在起點和終點的速度為零，即：同時若要求在起點和終點的速度為零，即：那么可以選擇如下的三次多項式：那么可以選擇如下的三次多項式： 230123q taata ta t 作為所要求的光滑函數(shù)。式作為所要求的光滑函數(shù)。

15、式4-3中有中有4個待定系數(shù)，而個待定系數(shù)，而該式需滿足式該式需滿足式4-1和和4-2的的4個約束條件，因此可以唯一地解個約束條件，因此可以唯一地解出這些系數(shù)：出這些系數(shù)：（4-3）（4-2）（4-1）（4-4）001202303032ffffaqaaqqtaqqt 例：例： 設(shè)機(jī)械手的某個關(guān)節(jié)的起始關(guān)節(jié)角設(shè)機(jī)械手的某個關(guān)節(jié)的起始關(guān)節(jié)角0 015150 0，并且機(jī)械手，并且機(jī)械手原來是靜止的。要求在原來是靜止的。要求在3 3秒鐘內(nèi)平滑地運動到秒鐘內(nèi)平滑地運動到f f=75=750 0時停下來時停下來( (即要求在終端時速度為零即要求在終端時速度為零) )。規(guī)劃出滿足上述條件的平滑運動。規(guī)劃出滿

16、足上述條件的平滑運動的軌跡，并畫出關(guān)節(jié)角位置、角速度及角加速度隨時間變化的的軌跡，并畫出關(guān)節(jié)角位置、角速度及角加速度隨時間變化的曲線。曲線。解：解： 根據(jù)所給約束條件，直接代入式根據(jù)所給約束條件，直接代入式(4-4)(4-4)，可得：，可得： a0=15， a1=0， a2=20， a3=-4.44 所求關(guān)節(jié)角的位置函數(shù)為：所求關(guān)節(jié)角的位置函數(shù)為： 2315204.44ttt對上式求導(dǎo)，可以得到角速度和角加速度對上式求導(dǎo)，可以得到角速度和角加速度 24013.334026.66ttttt（4-5）（4-6）（4-7） 根據(jù)式根據(jù)式(4-5)(4-5)(4-7)(4-7)可畫出它們隨時間的變可畫

17、出它們隨時間的變化曲線如下圖所示。由圖看出，速度曲線為一拋化曲線如下圖所示。由圖看出，速度曲線為一拋物線，加速度則為一直線。物線，加速度則為一直線。利用三次多項式規(guī)劃出的關(guān)節(jié)角的運動軌跡利用三次多項式規(guī)劃出的關(guān)節(jié)角的運動軌跡2 2）拋物線連接的線性函數(shù)插值）拋物線連接的線性函數(shù)插值 前面介紹了利用三次多項式函數(shù)插值的規(guī)劃方前面介紹了利用三次多項式函數(shù)插值的規(guī)劃方法。另外一種常用方法是線性函數(shù)插值法，即用一法。另外一種常用方法是線性函數(shù)插值法，即用一條直線將起點與終點連接起來。但是，簡單的線性條直線將起點與終點連接起來。但是，簡單的線性函數(shù)插值將使得關(guān)節(jié)的運動速度在起點和終點處不函數(shù)插值將使得關(guān)

18、節(jié)的運動速度在起點和終點處不連續(xù)，它也意味著需要產(chǎn)生無窮大的加速度，這顯連續(xù)，它也意味著需要產(chǎn)生無窮大的加速度，這顯然是不希望的。因此可以考慮在起點和終點處，用然是不希望的。因此可以考慮在起點和終點處，用拋物線與直線連接起來，在拋物線段內(nèi)，使用恒定拋物線與直線連接起來，在拋物線段內(nèi)，使用恒定的加速度來平滑地改變速度，從而使得整個運動軌的加速度來平滑地改變速度，從而使得整個運動軌跡的位置和速度是連續(xù)的。跡的位置和速度是連續(xù)的。線性函數(shù)插值圖線性函數(shù)插值圖利用拋物線過渡的線性函利用拋物線過渡的線性函數(shù)插值圖數(shù)插值圖空間法空間法 前面介紹的在關(guān)節(jié)空間內(nèi)的規(guī)劃，可以保證運動前面介紹的在關(guān)節(jié)空間內(nèi)的規(guī)劃

19、，可以保證運動軌跡經(jīng)過給定的路徑點。但是在直角坐標(biāo)空間，路徑軌跡經(jīng)過給定的路徑點。但是在直角坐標(biāo)空間，路徑點之間的軌跡形狀往往是十分復(fù)雜的，它取決于機(jī)械點之間的軌跡形狀往往是十分復(fù)雜的，它取決于機(jī)械手的運動學(xué)機(jī)構(gòu)特性。在有些情況下，對機(jī)械手末端手的運動學(xué)機(jī)構(gòu)特性。在有些情況下，對機(jī)械手末端的軌跡形狀也有一定要求，如要求它在兩點之間走一的軌跡形狀也有一定要求，如要求它在兩點之間走一條直線，或者沿著一個圓弧運動以繞過障礙物等。這條直線，或者沿著一個圓弧運動以繞過障礙物等。這時便需要在直角坐標(biāo)空間內(nèi)規(guī)劃機(jī)械手的運動軌跡時便需要在直角坐標(biāo)空間內(nèi)規(guī)劃機(jī)械手的運動軌跡 直角坐標(biāo)空間的路徑點，指的是機(jī)械手末

20、端的工直角坐標(biāo)空間的路徑點，指的是機(jī)械手末端的工具坐標(biāo)相對于基坐標(biāo)的位置和姿態(tài)每一個點由具坐標(biāo)相對于基坐標(biāo)的位置和姿態(tài)每一個點由6 6個個量組成，其中量組成，其中3 3個量描述位置，另外個量描述位置，另外3 3個量描述姿態(tài)。個量描述姿態(tài)。 在直角坐標(biāo)空間內(nèi)規(guī)劃的方法主要有：在直角坐標(biāo)空間內(nèi)規(guī)劃的方法主要有：線性函數(shù)線性函數(shù)插值法插值法和和圓弧插值法圓弧插值法。 前面軌跡規(guī)劃的任務(wù)，是根據(jù)給定的路徑點規(guī)前面軌跡規(guī)劃的任務(wù)，是根據(jù)給定的路徑點規(guī)劃出運動軌跡的所有參數(shù)。劃出運動軌跡的所有參數(shù)。 例如，在用三次多項式函數(shù)插值時，便是產(chǎn)生例如，在用三次多項式函數(shù)插值時，便是產(chǎn)生出多項式系數(shù)出多項式系數(shù)a

21、 a0 0,a,a1 1,a,a2 2,a,a3 3從而得到整個軌跡的運動從而得到整個軌跡的運動方程：方程： 230123iiiiq taa ta ta t 2123232326iiiiiq taa ta tq taa t對上式求導(dǎo)，可以得到速度和加速度對上式求導(dǎo)，可以得到速度和加速度 前面討論了在給定路徑點的情況下如何規(guī)劃出前面討論了在給定路徑點的情況下如何規(guī)劃出運動軌跡的問題。但是還有一個如何描述路徑點并運動軌跡的問題。但是還有一個如何描述路徑點并以合適的方式輸入給機(jī)器人的問題。最常用的方法以合適的方式輸入給機(jī)器人的問題。最常用的方法便是利用機(jī)器人語言。便是利用機(jī)器人語言。 用戶將要求實現(xiàn)

22、的動作編成相應(yīng)的應(yīng)用程序，用戶將要求實現(xiàn)的動作編成相應(yīng)的應(yīng)用程序，其中有相應(yīng)的語句用來描述軌跡規(guī)劃，并通過相應(yīng)其中有相應(yīng)的語句用來描述軌跡規(guī)劃，并通過相應(yīng)的控制作用來實現(xiàn)期望的運動。的控制作用來實現(xiàn)期望的運動。 根據(jù)不同的分類方法，機(jī)器人控制方式可以有根據(jù)不同的分類方法，機(jī)器人控制方式可以有不同的分類。下圖是一種常用的分類方法。從總體不同的分類。下圖是一種常用的分類方法。從總體上，機(jī)器人的控制方式可以分為上，機(jī)器人的控制方式可以分為動作控制方式動作控制方式和和示示教控制方式教控制方式。 按照被控對象來分，可以分為按照被控對象來分，可以分為位置控制、速度位置控制、速度控制、加速度控制、力控制、力

23、矩控制、力和位置控制、加速度控制、力控制、力矩控制、力和位置混合控制混合控制等等。等等。 無論是位置控制或速度控制，從伺服反饋信號無論是位置控制或速度控制，從伺服反饋信號的形式來看，又可以分為的形式來看，又可以分為基于關(guān)節(jié)空間的伺服控制基于關(guān)節(jié)空間的伺服控制和和基于作業(yè)空間基于作業(yè)空間( (手部坐標(biāo)手部坐標(biāo)) )的伺服控制的伺服控制。舉例：舉例：關(guān)節(jié)伺服控制關(guān)節(jié)伺服控制 這是以關(guān)節(jié)位置或關(guān)節(jié)軌跡為目標(biāo)值的控制形式。下圖這是以關(guān)節(jié)位置或關(guān)節(jié)軌跡為目標(biāo)值的控制形式。下圖給出了關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的構(gòu)成。若目標(biāo)值以關(guān)節(jié)位移給出，則給出了關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的構(gòu)成。若目標(biāo)值以關(guān)節(jié)位移給出，則如下圖所示，各關(guān)節(jié)可以獨立

24、構(gòu)成伺服系統(tǒng)，十分簡單。如下圖所示，各關(guān)節(jié)可以獨立構(gòu)成伺服系統(tǒng)，十分簡單。diqdiq4.3 4.3 機(jī)器人控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成機(jī)器人控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成 從前面關(guān)于服務(wù)機(jī)器人的規(guī)劃過程的介紹中可知，對于從前面關(guān)于服務(wù)機(jī)器人的規(guī)劃過程的介紹中可知，對于一個具有高度智能的機(jī)器人，它的控制實際上包含了一個具有高度智能的機(jī)器人，它的控制實際上包含了“任務(wù)任務(wù)規(guī)劃規(guī)劃”、“動作規(guī)劃動作規(guī)劃”、“軌跡規(guī)劃軌跡規(guī)劃”和基于規(guī)模的和基于規(guī)模的“伺服伺服控制控制”等多個層次，如下圖所示等多個層次，如下圖所示, ,機(jī)器人首先要機(jī)器人首先要通過人機(jī)接通過人機(jī)接口獲取操作者的指令口獲取操作者的指令，指令的形式可以是人的

25、自然語言，或，指令的形式可以是人的自然語言，或者是由人發(fā)出的專用的指令語言者是由人發(fā)出的專用的指令語言( (用在大部分服務(wù)機(jī)器人上用在大部分服務(wù)機(jī)器人上) )，也可以是通過示教工具輸入的示教指令，也可以是通過示教工具輸入的示教指令( (如一般的示教控如一般的示教控制機(jī)器人制機(jī)器人) )，或者鍵盤輸人的機(jī)器人指令語言以及計算機(jī)程，或者鍵盤輸人的機(jī)器人指令語言以及計算機(jī)程序指令序指令( (加大部分工業(yè)機(jī)器人加大部分工業(yè)機(jī)器人) )，然后機(jī)器人對控制命令進(jìn)行，然后機(jī)器人對控制命令進(jìn)行解釋理解解釋理解，把操作者的命令分解為機(jī)器人可以實現(xiàn)的，把操作者的命令分解為機(jī)器人可以實現(xiàn)的“任務(wù)任務(wù)”，這是，這是任

26、務(wù)規(guī)劃任務(wù)規(guī)劃。機(jī)器人針對各個任務(wù)進(jìn)行動作分解，這。機(jī)器人針對各個任務(wù)進(jìn)行動作分解，這是是動作規(guī)劃動作規(guī)劃。為了實現(xiàn)機(jī)器人的一系列動作，應(yīng)該對機(jī)器人。為了實現(xiàn)機(jī)器人的一系列動作，應(yīng)該對機(jī)器人每個關(guān)節(jié)的運動進(jìn)行設(shè)計，這是機(jī)器人的每個關(guān)節(jié)的運動進(jìn)行設(shè)計，這是機(jī)器人的軌跡規(guī)劃軌跡規(guī)劃。最底層。最底層是是關(guān)節(jié)運動的伺服控制關(guān)節(jié)運動的伺服控制。機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成(1)機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成(2)PUMA560機(jī)器人控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng) 基本功能構(gòu)成基本功能構(gòu)成 記憶功能：記憶功能：存儲作業(yè)順序、運動路徑、運動方式、運動速度和存儲作業(yè)順序、運動路徑

27、、運動方式、運動速度和 與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息。 示教功能：示教功能：離線編程，在線示教，間接示教。離線編程，在線示教，間接示教。 在線示教包括示教盒和導(dǎo)引示教兩種。在線示教包括示教盒和導(dǎo)引示教兩種。 與外圍設(shè)備聯(lián)系功能：與外圍設(shè)備聯(lián)系功能：輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口。輸入和輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口、同步接口。 坐標(biāo)設(shè)置功能：坐標(biāo)設(shè)置功能：有關(guān)節(jié)、絕對、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系。有關(guān)節(jié)、絕對、工具、用戶自定義四種坐標(biāo)系。 人機(jī)接口：人機(jī)接口：示教盒、操作面板、顯示屏。示教盒、操作面板、顯示屏。 傳感器接口：傳感器接口：位置檢測、視覺、觸覺、力覺等位置檢測、視覺、觸覺、力覺等 位置伺服功能：位置伺服功能：機(jī)器人多軸聯(lián)動、運動控制、速度和加速度控制、動態(tài)補(bǔ)償?shù)取C(jī)器人多軸聯(lián)動、運動控制、速度和加速度控制、動態(tài)補(bǔ)償?shù)取?故障診斷安全保護(hù)功能：故障診斷安全保護(hù)功能：運行時系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和運行時系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和 故障自診斷。故障自診斷。 （1）控制計算機(jī)控制計算機(jī) 控制系統(tǒng)