哈工大機(jī)器人技術(shù)課程總結(jié)

1、第一章緒論1. 機(jī)器人學(xué)（ Robotics ）它包括有基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究兩個(gè)方面， 主要研究內(nèi)容有： (1) 機(jī)械手設(shè)計(jì)； (2) 機(jī)器人運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和控制； (3) 軌跡設(shè)計(jì)和路徑規(guī)劃；(4) 傳感器 ( 包括內(nèi)部傳感器和外部傳感器 ) ；(5) 機(jī)器人視覺；(6) 機(jī)器人語言； (7)裝置與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； (8)機(jī)器人智能等。2. 機(jī)器人學(xué)三原則：（1）機(jī)器人不得傷害人（ 2）機(jī)器人應(yīng)執(zhí)行人們的命令，除非這些命令與第一原則相矛盾（ 3）機(jī)器人應(yīng)能保護(hù)自己的生存，只要這種保護(hù)行為不與第一第二原則相矛盾。3. 6 種型式的機(jī)器人：(1) 手動操縱器：人操縱的機(jī)械手，缺乏獨(dú)立性；(2) 固定程序

2、機(jī)器人：缺乏通用性；(3) 可編程機(jī)器人：非伺服控制；(4) 示教再現(xiàn)機(jī)器人：通用工業(yè)機(jī)器人；(5) 數(shù)控機(jī)器人：由計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人；(6) 智能機(jī)器人：具有智能行為的自律型機(jī)器人。4.按以下特征來描述機(jī)器人：（ 1）機(jī)器人的動作機(jī)構(gòu)具有類似于人或其他生物體某些器官(如 肢體、感官等 )的功能；（ 2） 機(jī)器人具有通用性，工作種類多樣，動作程序靈活易變，是柔性加工主要組成部分；（ 3）機(jī)器人具有不同程度的智能，如記憶、感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等；（ 4）機(jī)器人具有獨(dú)立性， 完整的機(jī)器人系統(tǒng)， 在工作中可以不依賴于人的干預(yù)。5. 機(jī)器人主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 驅(qū)動和傳動裝置、 傳感器和控制器四大部分構(gòu)

3、成6. 控制方式 主要有示教再現(xiàn)、可編程控制、遙控和自主控制等多種方式。7. 示教再現(xiàn) 即分為示教存儲再現(xiàn) - 操作四步進(jìn)行。8. 控制信息順序信息：位置信息：時(shí)間信息：9.位置控制點(diǎn)位控制 PTP（ Point to Point）：連續(xù)路徑控制 CP（Continuous Path ）：10. 操縱機(jī)器人可分為兩種類型： 能力擴(kuò)大式機(jī)器人 ：遙控機(jī)器人 ：11. 第三代智能機(jī)器人應(yīng)具備以下四種機(jī)能： 運(yùn)動機(jī)能 感知機(jī)能 ：思維能力 ：人機(jī)對話機(jī)能 ：智能機(jī)器人是一種 “認(rèn)知適應(yīng) " 的工作方式。12. 目前我國機(jī)器人的發(fā)展正朝著 實(shí)用化、智能化 和特種機(jī)器人 的方向發(fā)展。第二章 機(jī)

4、器人的總體和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 機(jī)器人設(shè)計(jì)包括 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，檢測傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì) 和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 等，是機(jī)械、電子、檢測、控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合應(yīng)用。2. 機(jī)器人由機(jī)械部分、 傳感部分、控制部分三大部分組成。 這三大部分可分成驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感受系統(tǒng)、機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)六個(gè)子系統(tǒng)。3. 工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)一般都應(yīng)有： 自由度、定位精度、重復(fù)定位精度、工作范圍、最大工作速度、承載能力等。4. 機(jī)器人的關(guān)節(jié)符號表示 : 滑動關(guān)節(jié)用 P表示 ; 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)用 R表示 ; 球型關(guān)節(jié)用 S表示 .5. 需要六個(gè)自由度才能將物體放到空間任意指定位姿（即位置和姿態(tài)） 。少于

5、六個(gè)自由度，機(jī)器人的能力將受到相應(yīng)限制（自由度越少，限制越多） 。6. 機(jī)器人精度是指定位精度和重復(fù)定位精度 。定位精度是指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。 重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位其手部于同一目標(biāo)位置的能力， 可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差這個(gè)統(tǒng)計(jì)量來表示。 它是衡量一系列誤差值的密集度，即重復(fù)度。 定位精度取決于 定位方式、運(yùn)動速度、控制方式、臂部剛性、驅(qū)動方式、緩沖方式等。7. 工作范圍是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合， 也叫做工作區(qū)域。因?yàn)槟┒瞬僮髌鞯男螤詈统叽缡嵌喾N多樣的， 為了真實(shí)反映機(jī)器人的特征參數(shù)，所以是指不安裝末端操作器時(shí)的工作區(qū)域。8. 最大工作速度通常

6、指機(jī)器人手臂末端的最大速度。 提高速度可提高工作效率，因此提高機(jī)器人的加速減速能力， 保證機(jī)器人加速減速過程的平穩(wěn)性是非常重要的。9. 承載能力是指機(jī)器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。 機(jī)器人的載荷不僅取決于負(fù)載的質(zhì)量， 而且還與機(jī)器人運(yùn)行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見，承載能力是指高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。通常，承載能力不僅要考慮負(fù)載，而且還要考慮機(jī)器人末端操作器的質(zhì)量。10. 機(jī)器人總體設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有 ：確定基本參數(shù)， 選擇運(yùn)動方式， 手臂配置形式，位置檢測，驅(qū)動和控制方式等。11. 機(jī)器人總體設(shè)計(jì)步驟分以下幾個(gè)部分 :(1) 系統(tǒng)分析 需要做如下分析工作：1)

7、明確采用機(jī)器人的目的和任務(wù)。 2) 分析機(jī)器人所在系統(tǒng)的工作環(huán)境， 包括設(shè)備兼容性等。 3) 認(rèn)真分析系統(tǒng)的工作要求，確定機(jī)器人的基本功能和方案。如機(jī)器人 的自由度數(shù)、信息的存儲容量、定位精度、抓取重量 4) 進(jìn)行必要的調(diào)查研究，搜集國內(nèi)外的有關(guān)技術(shù)資料。(2) 技術(shù)設(shè)計(jì)1) 機(jī)器人基本參數(shù)的確定。 臂力、工作節(jié)拍、工作范圍、運(yùn)動速度及定位精度等。當(dāng)機(jī)器人或機(jī)器手本身所能達(dá)到的定位精度有困難時(shí)， 可采用輔助工夾具協(xié)助定位的辦法，即機(jī)器人實(shí)現(xiàn)粗定位、 工夾具實(shí)現(xiàn)精定位。 2) 機(jī)器人運(yùn)動形式的選擇。常見機(jī)器人的運(yùn)動形式有五種：直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型和SCARA型。 3) 擬定檢

8、測傳感系統(tǒng)框圖。選擇合適的傳感器，以便結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮安裝位置。 4) 確定控制系統(tǒng)總體方案，繪制框圖。 5) 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。確定驅(qū)動方式，選擇運(yùn)動部件和設(shè)計(jì)具體結(jié)構(gòu)，繪制機(jī)器人總裝圖及主要部件零件圖。(3) 仿真分析1) 運(yùn)動學(xué)計(jì)算。 2) 動力學(xué)計(jì)算。 3) 運(yùn)動的動態(tài)仿真。4)性能分析。5)方案和參數(shù)修改。12. 機(jī)器人運(yùn)動學(xué)中通常定義以下三種坐標(biāo)系：全局參考坐標(biāo)系：關(guān)節(jié)參考坐標(biāo)系： 工具參考坐標(biāo)系：13. 機(jī)器人手也叫末端操作器，相當(dāng)于人的手抓。主要作用是夾持工件或讓工具按照規(guī)定的程序完成指定的工作。14. 手部設(shè)計(jì)的主要研究方向 是柔性化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化。手部：工業(yè)機(jī)器人手部 +類人機(jī)

9、器人手部手部原理：鉗爪式 +吸附式吸附式： 1）磁吸式利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸取鐵磁性材料工件。 2 ）氣吸式：利用橡膠皮腕或軟塑料腕中所形成的負(fù)壓而把工件吸住的，適用于薄鐵片、板材、紙張、薄而易碎的玻璃器皿和弧形殼體零件等的抓取。氣吸式手部主要分為三種： 真空式吸盤 氣流負(fù)壓式吸盤 擠氣負(fù)壓式吸盤15. 機(jī)器人操作臂將末端工具置于其工作空間的任意點(diǎn)需要三個(gè)自由度。 即回轉(zhuǎn)、俯仰和擺動， 腕部實(shí)際需要的自由度應(yīng)根據(jù)機(jī)器人的工作性能來確定。 在多數(shù)情況下，腕部具有兩個(gè)自由度，既回轉(zhuǎn)和俯仰或搖擺。16. 腕部設(shè)計(jì)要點(diǎn) ：結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量緊湊、質(zhì)量??；要適應(yīng)工作環(huán)境的要求；要綜合考慮各方面

10、要求，合理布局17. 典型的腕部結(jié)構(gòu)（ 1）直接驅(qū)動腕部結(jié)構(gòu) ： 具有回轉(zhuǎn)運(yùn)動的腕部結(jié)構(gòu)；具有回轉(zhuǎn)和擺動運(yùn)動的腕部結(jié)構(gòu)（ 2）具有機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu)：具有兩個(gè)自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu)； 具有三個(gè)自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu)18. 兩自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu)：腕部的俯仰運(yùn)動；手部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動19. 三自由度機(jī)械傳動的腕部結(jié)構(gòu)：腕部的俯仰運(yùn)動及其誘起運(yùn)動；腕部的回轉(zhuǎn)運(yùn)動及其誘起運(yùn)動；手部回轉(zhuǎn)運(yùn)動20. 臂部設(shè)計(jì)21. 緩沖與定位22. 機(jī)器人可分成固定式和行走式兩種。如（ 1) 車輪式行走機(jī)器人(2) 腳式行走機(jī)器人 (3) 履帶式行走機(jī)器人 (4) 其他行走機(jī)器人23. 根據(jù)機(jī)器人的行走環(huán)境可將機(jī)器人

11、所具有的移動機(jī)能分為：地面移動機(jī)能、水中移動機(jī)能、空中移動機(jī)能 .24. 車輪式行走機(jī)構(gòu)具有移動平穩(wěn)、能耗小以及容易控制移動速度和方向等優(yōu)點(diǎn)。目前得到應(yīng)用的主要是三輪式和四輪式。 三輪具有最基本的穩(wěn)定性， 其主要問題是移動方向的控制。25. 機(jī)身設(shè)計(jì)機(jī)器人 機(jī)械結(jié)構(gòu)有三大部分 ：機(jī)身、手臂 ( 包括手腕 ) 、手部。機(jī)身，又稱為立拄，是支撐臂部的部件，并能實(shí)現(xiàn)手臂的升降、回轉(zhuǎn)或俯仰運(yùn)動機(jī)器人必須有一個(gè)便于安裝的基礎(chǔ)件， 這就是機(jī)器人的機(jī)座 機(jī)座往往與機(jī)身做成一體。第三章和第四章機(jī)器人雅可比矩陣 ( 簡稱雅可比 ) 揭示了操作空間與關(guān)節(jié)空間的映射關(guān)系。 雅可比不僅表示操作空間與關(guān)節(jié)空間的速度映射

12、關(guān)系， 也表示二者之間力的傳遞關(guān)系，為確定機(jī)器人的靜態(tài)關(guān)節(jié)力矩以及不同坐標(biāo)系間速度、 加速度和靜力的變換提供了便捷的方法。第五章軌跡規(guī)劃1. 機(jī)器人的規(guī)劃指的是機(jī)器人根據(jù)自身的任務(wù)，求得完成這一任務(wù)的解決方案的過程。2. 機(jī)器人的規(guī)劃是分層次的 ，從高層的任務(wù)規(guī)劃，動作規(guī)劃到手部軌跡規(guī)劃和關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃， 最后才是底層的控制。 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)器人也不具備力的反饋，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。3. 軌跡的生成一般是先給定軌跡上的若干個(gè)點(diǎn)，將其經(jīng)運(yùn)動學(xué)反解映射到關(guān)節(jié)空間，對關(guān)節(jié)空間中的相應(yīng)點(diǎn)建立運(yùn)動方程，

13、然后按這些運(yùn)動方程對關(guān)節(jié)進(jìn)行插值，從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)空間的運(yùn)動要求，這一過程通常稱為軌跡規(guī)劃4. 運(yùn)動軌跡的描述或生成有以下幾種方式：(1) 示教 - 再現(xiàn)運(yùn)動。 (2) 關(guān)節(jié)空間運(yùn)動。 (3) 空間直線運(yùn)動 (4) 空間曲線運(yùn)動。5. 通常這種規(guī)劃涉及到以下幾方面的問題 ：(1) 對工作對象及作業(yè)進(jìn)行描述，用示教方法給出軌跡上的若干個(gè)結(jié)點(diǎn)(knot) 。(2) 用一條軌跡通過或逼近結(jié)點(diǎn)， 此軌跡可按一定的原則優(yōu)化， 如加速度平滑得到直角空間的位移時(shí)間函數(shù) X(t) 或關(guān)節(jié)空間的位移時(shí)間函數(shù) q(t) ；在結(jié) 點(diǎn)之間如何進(jìn)行插補(bǔ)，即根據(jù)軌跡表達(dá)式在每一個(gè)采樣周期實(shí)時(shí)計(jì)算軌跡上點(diǎn)的位姿和各關(guān)節(jié)變量值。

14、(3) 以上生成的軌跡是機(jī)器人位置控制的給定值， 可以據(jù)此并根據(jù)機(jī)器人的動態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)一定的控制規(guī)律。(4) 規(guī)劃機(jī)器人的運(yùn)動軌跡時(shí)，尚需明確其路徑上是否存在障礙約束的組合。6. 一般將機(jī)器人的規(guī)劃與控制方式分為四種情況。7.08.機(jī)器人軌跡控制過程如圖所示9.空間圓弧插補(bǔ)可分三步來處理：(1) 把三維問題轉(zhuǎn)化成二維，找出圓弧所在平面。(2) 利用二維平面插補(bǔ)算法求出插補(bǔ)點(diǎn)坐標(biāo) (Xi+1, Yi+1) 。(3) 把該點(diǎn)的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)坐標(biāo)系下的值10. 插補(bǔ)點(diǎn)要多么密集才能保證軌跡不失真和運(yùn)動連續(xù)平滑呢？可采用定時(shí)插補(bǔ)和定距插補(bǔ)方法來解決。11. 由于 ts 僅為幾毫秒，機(jī)器人沿著要求軌跡的

15、速度一般不會很高， 且機(jī)器人總的運(yùn)動精度不如數(shù)控機(jī)床、 加工中心高，故大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人采用定時(shí)插補(bǔ)方式。當(dāng)要求以更高的精度實(shí)現(xiàn)運(yùn)動軌跡時(shí)，可采用定距插補(bǔ)。12. 常用的關(guān)節(jié)空間插補(bǔ)有以下方法： 三次多項(xiàng)式插值； 過路徑點(diǎn)的三次多項(xiàng)式插值；高階多項(xiàng)式插值；用拋物線過渡的線性插值13. 單純線性插值會導(dǎo)致起始點(diǎn)和終止點(diǎn)的關(guān)節(jié)運(yùn)動速度不連續(xù)， 且加速度無窮大，顯然，在兩端點(diǎn)會造成剛性沖擊。14. 機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能、組成（ 1）基本功能構(gòu)成 ： 記憶功能；示教功能；與外圍設(shè)備聯(lián)系功能；坐標(biāo)設(shè)置功能；人機(jī)接口；傳感器接口；位置伺服功能；故障診斷安全保護(hù)功能：（ 2）機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成 ：控制計(jì)算機(jī)

16、 ；示教盒 ；操作面板 ；硬盤和軟盤存儲 ；數(shù)字和模擬量輸入輸出 ；打印機(jī)接口 ；傳感器接口 ；軸控制器 ；輔助設(shè)備控制 ；通信接口 ；網(wǎng)絡(luò)接口 。15. 給定目標(biāo)軌跡的方式有示教再現(xiàn)方式和數(shù)控方式（離線編程）兩種。第六章機(jī)器人動力學(xué)1. 靜力學(xué)和動力學(xué)分析， 是機(jī)器人操作機(jī)設(shè)計(jì)和動態(tài)性能分析的基礎(chǔ)。 特別是動力學(xué)分析，它還是機(jī)器人控制器設(shè)計(jì)、動態(tài)仿真的基礎(chǔ)。2. 關(guān)節(jié)驅(qū)動力和力矩與末端執(zhí)行器施加的力和力矩之間的關(guān)系是機(jī)器人操作臂力控制的基礎(chǔ)。3. 機(jī)器人動力學(xué)概述一、研究目的：1、合理地確定各驅(qū)動單元（以下稱關(guān)節(jié)）的電機(jī)功率。2、解決對伺服驅(qū)動系統(tǒng)的控制問題（力控制）二、機(jī)器人動力學(xué)研究的問

17、題可分為兩類：1、給定機(jī)器人的驅(qū)動力（矩） ，用動力學(xué)方程求解機(jī)器人（關(guān)節(jié)）的運(yùn)動參數(shù)或動力學(xué)效應(yīng)。2、給定機(jī)器人的運(yùn)動要求，求應(yīng)加于機(jī)器人上的驅(qū)動力（矩）。三、動力學(xué)研究方法 ：1拉格朗日方程法； 2牛頓歐拉方程法：3凱恩方程法：第七章 控制與編程1. 機(jī)器人控制特點(diǎn)1 ）大量的運(yùn)動學(xué)、 動力學(xué)運(yùn)算， 涉及矢量、矩陣、坐標(biāo)變換和微積分等運(yùn)算。2 ）機(jī)器人的控制不僅是非線性的，而且是多變量耦合的。3 ）機(jī)器人的控制還必須解決優(yōu)化、決策的問題2. 按機(jī)器人控制是否帶反饋分：（1）非伺服型控制方式，是指未采用反饋環(huán)節(jié)的開環(huán)控制方式。這種控制方式只適用于作業(yè)相對固定、作業(yè)程序簡單、運(yùn)動精度要求不高的

18、場合，它具有費(fèi)用省，操作、安裝、維護(hù)簡單的優(yōu)點(diǎn)。（2）伺服型控制方式，是指采用了反饋環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制方式。這種控制方式的特點(diǎn)是在控制過程中采用內(nèi)部傳感器連續(xù)測量機(jī)器人的關(guān)節(jié)位移、 速度、加速度等運(yùn)動參數(shù)，并反饋到驅(qū)動單元構(gòu)成閉環(huán)伺服控制。3. 運(yùn)動控制功能與示教再現(xiàn)功能的區(qū)別： 在示教再現(xiàn)控制中，機(jī)器人手部的各項(xiàng)運(yùn)動參數(shù)是由示教人員教給它的， 其精度取決于示教人員的熟練程度。 而在運(yùn)動控制中，機(jī)器人手部的各項(xiàng)運(yùn)動參數(shù)是由機(jī)器人的控制系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)算得來的，且在工作人員不能示教的情況下， 通過編程指令仍然可以控制機(jī)器人完成給定的作業(yè)任務(wù)。4. 機(jī)器人控制系統(tǒng)通常采用的是兩級計(jì)算機(jī)伺服控制系統(tǒng)5.機(jī)器人

19、控制系統(tǒng)的組成1、硬件人機(jī)對話上位機(jī)：個(gè)人微機(jī)、小數(shù)學(xué)運(yùn)算型計(jì)算機(jī)控制器通信數(shù)據(jù)存儲下位機(jī)：單片機(jī)、運(yùn)動控制器伺服驅(qū)動內(nèi)部傳感器：自身關(guān)節(jié)運(yùn)動狀態(tài)檢測檢測傳感器外部傳感器：外部環(huán)境參數(shù)變化檢測2、軟件計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)個(gè)人微機(jī)、小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件系統(tǒng)初始化程序單片機(jī)、運(yùn)動控制器動作控制軟件實(shí)時(shí)動作解釋執(zhí)行程序運(yùn)算軟件運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和插補(bǔ)程序應(yīng)用軟件編程軟件作業(yè)任務(wù)程序編制環(huán)境程序監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)監(jiān)視、故障報(bào)警等程序6. 示教再現(xiàn)控制機(jī)器人示教的方式總的可以分為集中示教方式和分離示教方式。1、集中示教方式，將機(jī)器人手部在空間的位姿、速度、動作順序等參數(shù)同時(shí)進(jìn)行示教的方式，示教一次即可生成關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服指

20、令。2、分離示教方式，將機(jī)器人手部在空間的位姿、速度、動作順序等參數(shù)分開單獨(dú)進(jìn)行示教的方式， 一般需要示教多次才可生成關(guān)節(jié)運(yùn)動的伺服指令， 但其效果要好于集中示教方式。7. 記憶過程1）記憶速度，取決于傳感器的檢測速度、 變換裝置的轉(zhuǎn)換速度和控制系統(tǒng)存儲器的存儲速度。2）記憶容量，取決于控制系統(tǒng)存儲器的容量。8. 機(jī)器人的運(yùn)動控制是指機(jī)器人手部在空間從一點(diǎn)移動到另一點(diǎn)的過程中或沿某一軌跡運(yùn)動時(shí)，對其位姿、速度和加速度等運(yùn)動參數(shù)的控制。運(yùn)動控制9. 控制步驟：1 ）關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成， 即將機(jī)器人手部在空間的位姿變化轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)變量隨時(shí)間按某一規(guī)律變化的函數(shù)。這一步一般可離線完成。2 ）關(guān)節(jié)運(yùn)

21、動的伺服控制， 即采用一定的控制算法跟蹤執(zhí)行第一步所生成的關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令，這是在線完成的。10. PTP 下的軌跡規(guī)劃是在關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間進(jìn)行。 CP下的軌跡規(guī)劃是在直角坐標(biāo)空間進(jìn)行。 關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃是直角坐標(biāo)空間軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)。（ 1） PTP下的軌跡規(guī)劃步驟：第一步：由手的位姿得到對應(yīng)關(guān)節(jié)的位移； 第二步：不同點(diǎn)對應(yīng)關(guān)節(jié)位移之間的運(yùn)動規(guī)劃；第三步：由關(guān)節(jié)運(yùn)動變化計(jì)算關(guān)節(jié)驅(qū)動力（矩）。（ 2） CP下的軌跡規(guī)劃步驟：第一步：連續(xù)軌跡離散化。第二步： PTP下的軌跡規(guī)劃。11. 常用的控制方法 有以下幾種：1 ）基于前饋和反饋的計(jì)算力矩的控制方法這種控制方法是基于關(guān)節(jié)變量加速度的前饋和速

22、度、 位移誤差的反饋以及對耦合力項(xiàng)和重力項(xiàng)的補(bǔ)償而實(shí)現(xiàn)的， 其考慮的主要是位移和速度的誤差對慣性力項(xiàng)的影響， 所以適合于低速、 重載的機(jī)器人。它的缺點(diǎn)是計(jì)算的工作量大， 且控制的精度主要依賴于機(jī)器人動力學(xué)模型的精確度。注意：前饋指的是加速度，反饋指的是速度和位移。2 ）自適應(yīng)控制， 是指機(jī)器人根據(jù)傳感器對外界環(huán)境和對象物的感知， 利用人工智能中的各種學(xué)習(xí)、 推理和決策技術(shù)， 對外界信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理， 然后對自己行為作出自主決策以自動地完成任務(wù)的控制方式。3 ）自學(xué)習(xí)控制可利用結(jié)構(gòu)簡單的控制器實(shí)現(xiàn)高精度的控制。 目前人們提出的自學(xué)習(xí)控制方案主要有：迭代自學(xué)習(xí)控制；重復(fù)自學(xué)習(xí)控制。第八章機(jī)器人編程

23、1. 三種機(jī)器人編程方法： 示教編程；離線編程；機(jī)器人語言編程2. 示教的方式有 手把手示教 和示教盒示教 。手把手示教就是操作者操縱安裝在機(jī)器人手臂內(nèi)的操縱桿， 按規(guī)定動作順序示教動作內(nèi)容。 示教盒示教則是操作者利用控制盒上的按鈕驅(qū)動機(jī)器人一步一步運(yùn)動。3. 示教編程的 優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，易于掌握，操作者不需要具備專門知識，不需復(fù)雜的裝置和設(shè)備， 軌跡修改方便， 再現(xiàn)過程快。示教編程在一些簡單、 重復(fù)、軌跡或定位精度要求不高的作業(yè)中經(jīng)常被應(yīng)用， 如焊接、堆垛、噴涂及搬運(yùn)等作業(yè)。缺點(diǎn)為：(1) 示教相對于再現(xiàn)所需的時(shí)間較長，即機(jī)器人的有效工作時(shí)間短，尤其對一些復(fù)雜的動作和軌跡，示教時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過再

24、現(xiàn)時(shí)間。(2) 很難示教復(fù)雜的運(yùn)動軌跡及準(zhǔn)確度要求高的直線。(3) 示教軌跡的重復(fù)性差，兩個(gè)不同的操作者示教不出同一個(gè)軌跡，即使同一個(gè)人兩次不同的示教也不能產(chǎn)生同一個(gè)軌跡。（ 4） 無法接受傳感器信息。 (5) 難以與其他操作或其他機(jī)器人操作同步。4. 離線編程 是在專門的軟件環(huán)境支持下用專用或通用程序在離線情況下進(jìn)行機(jī)器人軌跡規(guī)劃編程的一種方法。5. 機(jī)器人語言編程 ，即用專用的機(jī)器人語言來描述機(jī)器人的動作軌跡。它不但能準(zhǔn)確地描述機(jī)器人的作業(yè)動作， 而且能描述機(jī)器人的現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境， 如對傳感器狀態(tài)信息的描述，更進(jìn)一步還能引入邏輯判斷、決策、規(guī)劃功能及人工智能。機(jī)器人編程語言具有良好的通用性，

25、6. 編程語言系統(tǒng)的組成7. 編程語言系統(tǒng)的基本功能1 ）運(yùn)算功能 ：主要是解析幾何運(yùn)算，包括機(jī)器人的正解、逆解、坐標(biāo)變換及矢量運(yùn)算等2 ）運(yùn)動功能 ，是機(jī)器人最基本的功能。機(jī)器人的設(shè)計(jì)目的是用它來代替人的繁復(fù)勞動。3 ）決策功能 ，就是指機(jī)器人根據(jù)作業(yè)空間范圍內(nèi)的傳感信息不做任何運(yùn)算而做出的判斷決策。這種決策功能一般用條件轉(zhuǎn)移指令由分支程序來實(shí)現(xiàn)。4 ）機(jī)器人的通信功能 ，即機(jī)器人系統(tǒng)與操作人員的通信，包括機(jī)器人向操作人員要求信息和操作人員知道機(jī)器人的狀態(tài)、 機(jī)器人的操作意圖等， 其中許多通信功能由外設(shè)來協(xié)助提供。 機(jī)器人向操作人員提供信息的 外設(shè)有信號燈、繪圖儀或圖形顯示屏、 聲音或語言合

26、成器等。 操作人員對機(jī)器人 “說話”的外設(shè) 有按鈕、旋鈕和指壓開關(guān)、 數(shù)字或字母鍵盤、 光筆、光標(biāo)指示器或數(shù)字轉(zhuǎn)換板以及光電閱讀機(jī)等。5 ）機(jī)器人的工具功能，包括工具種類及工具號的選擇、工具參數(shù)的選擇及工具的動作 ( 工具的開關(guān)、分合 ) 。6 ）傳感數(shù)據(jù)處理功能機(jī)器人只有與傳感器連接起來才能具有感知能力，具有某種智能。機(jī)器人中的傳感器是多種多樣的，按照 功能來劃分 ，有以下幾種：(1) 力和力矩傳感器。 (2) 觸覺傳感器。 (3) 接近覺傳感器。 (4) 視覺傳感器。8. 機(jī)器人語言的 特點(diǎn)（ 1）機(jī)器人語言描述的內(nèi)容主要是機(jī)器人的作業(yè)動作、工作環(huán)境、操作內(nèi)容、工藝和過程。（2）機(jī)器人語言

27、逐漸向結(jié)構(gòu)簡明、概念統(tǒng)一和容易擴(kuò)展等方向發(fā)展。（3）機(jī)器人語言越來越接近自然語言，并且具有良好的對話性。9. 根據(jù)機(jī)器人語言對作業(yè)任務(wù)描述水平的高低可 分為動作級、對象級和任務(wù)級三大類。10. 根據(jù)機(jī)器人語言的實(shí)際應(yīng)用水平可分為動作指示語言（相當(dāng)于動作級機(jī)器人語言）和作業(yè)指示語言（相當(dāng)于對象級機(jī)器人語言）兩大類。11. 機(jī)器人語言的處理過程 (1) 分析程序 , 分析的對象是工作人員用機(jī)器人語言編寫的作業(yè)程序。（ 2）編譯程序 ，就是對作業(yè)程序的語義進(jìn)行檢查，它能檢驗(yàn)有沒有發(fā)出對存取不可能地址的移動命令和有沒有使機(jī)器人手部過高速度的移動等，還可將作業(yè)程序變換成實(shí)行解釋程序可以解釋的代碼。（3）

28、實(shí)時(shí)解釋程序 （4）伺服模塊 （5）狀態(tài)監(jiān)視模塊以上只是機(jī)器人語言處理系統(tǒng)的梗概， 完整的系統(tǒng)還應(yīng)包括生成作業(yè)程序的編輯程序、排除錯(cuò)誤的調(diào)試程序和輸出環(huán)境數(shù)據(jù)的示教系統(tǒng)程序等。12. VAL 語言：操作系統(tǒng)包括用戶交聯(lián)、編輯和磁盤管理等部分。VAL語言適用于機(jī)器人兩級控制系統(tǒng)，上級機(jī)是 LSI 11 23小型計(jì)算機(jī)，機(jī)器人各關(guān)節(jié)則由 6503微處理器控制。上級機(jī)還可以和用戶終端、示教盒、 I/O 模塊和機(jī)器視覺模塊等交聯(lián)。13. VAL語言的指令可分為 二類：程序指令（運(yùn)動指令手爪控制指令程序控制指令位姿控制指令賦值指令控制方式指令）和 監(jiān)控指令 （定義位置、姿態(tài)程序編輯指令列表指令存儲指令控

29、制程序指令系統(tǒng)狀態(tài)控制）。14. AUTOPASS語言的工作過程 ：用戶提出裝配要求，給出任務(wù)的裝配工藝；編寫 AUTOPASS語言源程序； 確定初始環(huán)境模型； AUTOPASS語言編譯系統(tǒng)逐句處理源程序，并和環(huán)境模型和用戶實(shí)時(shí)交聯(lián)；產(chǎn)生裝配作業(yè)方法和末端執(zhí)行器狀態(tài)指令碼； AUTOPASS語言為用戶提供控制和數(shù)據(jù)系統(tǒng)能力。15. AUTOPASS語言的指令： 狀態(tài)變更語句 ：這組語句主要用于作業(yè)對象的各種操作，如移動、放置及抓緊等。主要語句有 PLACE、 INSERT、 EXTRACT、 LIFT 、TURN等。 工具語句： 工具語句用于指定某種操作和工具。主要語句有 OPERATE、LO

30、AD、 UNLOAD等。 安裝語句 ：安裝語句的主要作用是對作業(yè)對象進(jìn)行安裝裝配操作。主要語句有 ATTACH、FASTEN和UNFASTEN等。其它語句， 用于程序、數(shù)據(jù)管理等方面的語句。第九章機(jī)器人的驅(qū)動1. 執(zhí)行裝置就是按照電信號的指令， 將來自電、液壓和氣壓等各種能源的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、 直線運(yùn)動等方式的機(jī)械能的裝置。 按利用的能源來分類， 主要可分為電動執(zhí)行裝置、液壓執(zhí)行裝置和氣動執(zhí)行裝置。2. 機(jī)器人對關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的主要要求 1 ）快速性。2）起動轉(zhuǎn)矩慣量比大。 3）控制特性的連續(xù)性和直線性 4）調(diào)速范圍寬。 5）體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。6）能經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件，可進(jìn)行十

31、分頻繁的正反向和加減速運(yùn)行，并能在短時(shí)間內(nèi)承受過載。3. 工業(yè)機(jī)器人所用電動機(jī) ：步進(jìn)電機(jī)，交流伺服電機(jī)，直流伺服電機(jī)4. 直流伺服電動機(jī)組成：一般直流電動機(jī)和位置反饋、 速度反饋形成的整體；優(yōu)點(diǎn)：啟動轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)速易控制、效率高；缺點(diǎn)：有電刷和換向器，需要定期維修、更換電刷，使用壽命短，噪聲大；第十章機(jī)器人伺服系統(tǒng)1. 機(jī)器人伺服系統(tǒng)主要由 驅(qū)動器、減速及傳動機(jī)構(gòu)、 角度 ( 位置 ) 傳感器、角速度 ( 速度 ) 傳感器等及計(jì)算機(jī) 組成。即：控制器、功率驅(qū)動裝置、反饋裝置、減速及傳動機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)。2. 機(jī)器人伺服控制特點(diǎn)是： (1) 負(fù)載 ( 如抓重 ) 變化大，運(yùn)動中慣量

32、變化大；(2) 動作頻繁，要求動作快但又不超調(diào)； (3) 要求位置及速度控制精度高。3. 用于控制運(yùn)動的伺服機(jī)構(gòu) 按驅(qū)動動力源分 有以下三類：氣壓伺服 ；電液伺服；電氣伺服4. 由于電氣伺服系統(tǒng)采用電子器件和電機(jī)，具有簡便、可靠、低價(jià)的 優(yōu)點(diǎn)，加之新型電子器件、伺服電機(jī)的出現(xiàn)，及控制技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)廣泛使用電氣伺服方式。5. 按對信號的處理方法分類。就電氣伺服來說，可分以下幾種：模擬伺服；數(shù)字伺服；軟件伺服；開環(huán)伺服6. 在考慮了負(fù)載的粘性摩擦和慣性之后， 機(jī)器人各自由度的伺服系統(tǒng)可以用一個(gè)典型的二階系統(tǒng)來描述。為了實(shí)現(xiàn)更好的控制性能，實(shí)用上還要進(jìn)行速度反饋、摩擦力 和重力補(bǔ)償 以及前饋控制 等

33、。7. 雙微計(jì)算機(jī)機(jī)器人控制系統(tǒng) ，由計(jì)算機(jī)控制器 和數(shù)字伺服系統(tǒng) 組成。二級計(jì)算機(jī)控制，第一級擔(dān)負(fù)系統(tǒng)監(jiān)控、作業(yè)管理和實(shí)時(shí)插補(bǔ)任務(wù)，其運(yùn)算結(jié)果作為伺服位置信號控制第二級。第二級用于各關(guān)節(jié)的伺服控制，比如 PID控制，最后產(chǎn)生位置指令脈沖以控制數(shù)字伺服系統(tǒng)8. 數(shù)字伺服系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)有以下三種： 靜止?fàn)顟B(tài) ；步進(jìn)跟蹤；等速跟蹤9. 智能控制系統(tǒng)的分類遞階控制；專家控制；模糊控制；學(xué)習(xí)控制；神經(jīng)控制；進(jìn)化控制第十一章機(jī)器人傳感器1. 機(jī)器人傳感器有多種 分類方法 ：接觸式傳感器或非接觸式傳感器； 內(nèi)傳感器或外傳感器；無源傳感器或有源傳感器；無擾動傳感器或擾動傳感器等。2. 外界檢測傳感器通常包括

34、觸覺、視覺、聽覺、嗅覺、味覺等傳感器3. 內(nèi)部傳感器通常包括：直線位移傳感器；角位移傳感器；速度傳感器；加速度傳感器；力覺傳感器；姿態(tài)傳感器等。4. 直線位移傳感器： 1）電阻式位移傳感器； 2）光電式位移傳感器5. 角位移傳感器： 1）電阻式角位移傳感器； 2）光電式脈沖編碼器絕對式編碼器；光電式脈沖編碼器增量式編碼器； 3）磁性編碼器6. 速度傳感器： 1）光電速度傳感器； 2）測速發(fā)電機(jī)7. 機(jī)器人觸覺通常指以下幾種：壓覺。接觸覺。接近覺?；X。力覺。人工皮膚。8. 接近覺傳感器有：電磁感應(yīng)式、光電式、電容式、氣壓式、超聲波式、紅外式以及微波式等多種類型。9. 壓覺傳感器： 1）變阻式壓

35、覺傳感器單元（電容、壓電效應(yīng)） 2 ）光纖壓覺傳感器單元 3）高密度壓覺傳感器10. 接觸覺傳感器： 1）應(yīng)用限位開關(guān)的五指機(jī)械手； 2）觸須接觸覺傳感器；3）位置移動接觸覺傳感器； 4）棱鏡觸覺傳感器； 5）成像觸覺傳感器11. 滑覺傳感器： 1）滾動式滑覺傳感器； 2）振動式滑覺傳感器；3 ）壓力式滑覺傳感器12. 機(jī)器人聽覺系統(tǒng)的關(guān)鍵問題還是在于聲音識別上，即語音識別技術(shù) , 屬于模式識別領(lǐng)域，而 模式識別技術(shù) 就是最終實(shí)現(xiàn)人工智能的主要手段13. 聽覺傳感器：動圈式傳聲器；電容式傳聲器；電容式傳聲器；語音識別芯片14. 視覺信息可分為圖形信息、立體信息、空間信息和運(yùn)動信息15. 固體視

36、覺傳感器分為三大類：一是電耦合器件（ CCD）；二是 MOS圖像傳感器，又稱掃描光電二極管陣（ SSPA)；三是電荷注入器件 (CID) 。目前使用最為廣泛的是 CCD攝像機(jī)。16. 機(jī)器人視覺傳感器的工作過程可分為四個(gè)步驟：1 ）檢測：（1）光投影法（ 2）立體視法：2 ）分析：圖像劃分成各組成部分的過程稱為分析或分割。 分析算法常分為兩大類：邊緣檢測和門限化或區(qū)域法。3）繪制： 4）識別。17. 味覺傳感器技術(shù) 大致分為多通道類脂膜技術(shù)、基于表面等離子體共振技術(shù)、表面光伏電壓技術(shù)等，18. 機(jī)器人傳感器應(yīng)用中考慮的問題： 精度高，重復(fù)性好；穩(wěn)定性好，可靠性高；抗干擾能力強(qiáng)；重量輕，體積小，

37、安裝方便；廉價(jià)。第十二章人工智能技術(shù)1. “人工智能”一詞 是指用計(jì)算機(jī)模擬或?qū)崿F(xiàn)的智能2. 人工智能雖然是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支， 但它的研究卻 不僅涉及到 計(jì)算機(jī)科學(xué)， 而且還涉及到 腦科學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)、邏輯學(xué)、認(rèn)知 ( 思維 ) 科學(xué)、行為科學(xué)、生命科學(xué)和數(shù)學(xué)，以及信息論、控制論和系統(tǒng)論等許多學(xué)科領(lǐng)域。3. 人工智能的 研究目標(biāo) 可分為遠(yuǎn)期目標(biāo)和近期目標(biāo)。 遠(yuǎn)期目標(biāo)是要制造智能機(jī)器。人工智能的近期目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能4. 人工智能的表現(xiàn)形式至少有這么幾種：智能軟件、智能設(shè)備、智能網(wǎng)絡(luò)、智能計(jì)算機(jī)、智能機(jī)器人等。5. 人工智能的本質(zhì)： 1）智能是具有感知能力的 2）智能具有記憶和思維能力3 ）智能具有學(xué)習(xí)能力、自適應(yīng)能力及行為能力6. 人類智能與人工智能兩者之間具有本質(zhì)區(qū)別：1 ）二者的物質(zhì)載體不同。 人類智能的物質(zhì)載體是人的大腦， 人工智能的物質(zhì)載體則是計(jì)算機(jī)這一人腦的模擬物。2 ）二者的活動規(guī)律不同。 人腦的活動， 是按照高等生物的高級神經(jīng)活動規(guī)律進(jìn)行的；計(jì)算機(jī)則是按照機(jī)械的、物理的和電子的活動規(guī)律進(jìn)行的。二者的差別不是程度上的差別，而是本質(zhì)上的差別。3 ）人類認(rèn)識世界和改造世界的活動是有目的、 能動的，在與外部環(huán)境的物質(zhì)、能量和信息交換過程中，能夠根據(jù)環(huán)境的變化不斷調(diào)整自身，具有適應(yīng)性。而人工智能是無意