機(jī)器人學(xué)第7章機(jī)器人控制

1、第七章第七章 控制控制 control 7.1 7.1 引言引言 7.2 7.2 機(jī)器人控制器和控制結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制器和控制結(jié)構(gòu) 7.3 7.3 機(jī)器人位置控制機(jī)器人位置控制 7.4 7.4 二階線性系統(tǒng)控制規(guī)律的分解二階線性系統(tǒng)控制規(guī)律的分解 7.5 7.5 單關(guān)節(jié)機(jī)器人的建模與控制單關(guān)節(jié)機(jī)器人的建模與控制 7.6 7.6 柔順控制柔順控制 7.7 7.7 位置和力的混合控制位置和力的混合控制 7.8 7.8 其他控制方法其他控制方法7.1 引言引言(introduction) 前幾章，我們借助齊次變換闡述了對于包括機(jī)械手在內(nèi)的任何物體的位置和姿態(tài)的描述方法。研究了機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)，建立了機(jī)械手

2、關(guān)節(jié)坐標(biāo)和與直角坐標(biāo)的位置和速度之間的關(guān)系，推導(dǎo)了機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)方程。 本章，我們要根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程來考慮機(jī)械手的控制問題，由于任何機(jī)械手的實(shí)際控制都是通過對各個(gè)關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)控制來實(shí)現(xiàn)的，因此，必須對每一個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行有效的控制。7.2 7.2 機(jī)器人控制器和控制結(jié)構(gòu)機(jī)器人控制器和控制結(jié)構(gòu) 機(jī)器人的控制就是要使機(jī)器人的各關(guān)節(jié)或末端執(zhí)行器的位置能夠以理想的動(dòng)態(tài)品質(zhì)跟蹤給定的軌跡或穩(wěn)定在給定的位姿上。機(jī)器人控制特點(diǎn)：冗余的、多變量、本質(zhì)非線性、耦合的1.控制器分類 結(jié)構(gòu)形式：伺服、非伺服、位置反饋、速度反饋、力矩控制、 控制方式：非線性控制、分解加速度控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制，

3、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等 控制器選擇：依工作任務(wù)，可選plc控制、普通計(jì)算機(jī)控制，智能計(jì)算機(jī)控制等。 簡單分類：單關(guān)節(jié)控制器：主要考慮穩(wěn)態(tài)誤差補(bǔ)償； 多關(guān)節(jié)控制器：主要考慮耦合慣量補(bǔ)償。2、主要控制變量 任務(wù)軸r0：描述工件位置的坐標(biāo)系 x(t):x(t):末端執(zhí)行器狀態(tài)； (t):關(guān)節(jié)變量； c c(t)：關(guān)節(jié)力矩矢量； t(t)t(t)：電機(jī)力矩矢量； v v(t)：電機(jī)電壓矢量本質(zhì)是對下列雙向方程的控制)()()()()(tttttxctv3、主要控制層次 分三個(gè)層次：人工智能級、控制模式級、伺服系統(tǒng)級1）人工智能級 完成從機(jī)器人工作任務(wù)的語言描述 生成x x(t)； 仍處于研究階段。2）控制模式

4、級 建立x x(t) t t(t)之間的雙向關(guān)系。 電機(jī)模型 傳動(dòng)模型 關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)模型 機(jī)器人模型3）伺服系統(tǒng)級 解決關(guān)節(jié)伺服控制問題即)()()()(tttttcx)()()()(ttttxcttv pumapuma機(jī)器人的伺服控制結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)分級控制結(jié)構(gòu)，val編程語言。采用獨(dú)立關(guān)節(jié)的pid伺服控制，伺服系統(tǒng)的反饋系數(shù)是確定的。由于機(jī)器人慣性力、關(guān)節(jié)間耦合、重力與機(jī)器人位姿和速度有關(guān)，所以難于保證在高速、變速和變載情況下的精度。上位機(jī)配有64kb ram內(nèi)存，采用q-bus作為系統(tǒng)總線，經(jīng)過a、b接口板與下位機(jī)交換數(shù)據(jù)。上位機(jī)作運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，并將手部運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，按控制周期傳給下位機(jī)。

5、a接口板插在上位機(jī)的q-bus總線上，b接口板插在下位機(jī)的j-bus總線上。b板有一個(gè)a /d轉(zhuǎn)換器，用于采樣電位器反饋的位置信息。下位機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)及關(guān)節(jié)伺服控制。它由6塊6503cpu為核心的單板機(jī)組成，它與b接口板、手臂信號板插在j-bus總線上。c接口板、高壓控制板和6塊功率放大器板插在power amp bus上。上位機(jī)軟件為系統(tǒng)編程軟件軟件系統(tǒng)的各種系統(tǒng)定義、命令、語言及其編譯系統(tǒng)。針對各種運(yùn)動(dòng)形式的軌跡規(guī)劃和坐標(biāo)變換，以28ms的時(shí)間間隔完成軌跡插補(bǔ)點(diǎn)的計(jì)算、與下位機(jī)信息交換、執(zhí)行val程序、示教盒信息處理、機(jī)器人標(biāo)定、故障檢測等。n，機(jī)械手為冗余，需要用廣義逆：a為對稱正定矩陣

6、mjniqfjiiij1 ,1 ,)()()(1txqjtq)()()()()(111txqjaqjqjatqtt3 分解運(yùn)動(dòng)加速度 分解運(yùn)動(dòng)加速度控制：首先計(jì)算出工具的笛卡兒坐標(biāo)加速度，然后將其分解為相應(yīng)的各關(guān)節(jié)加速度，再按照動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算出控制力矩。 實(shí)際位置和姿態(tài) 期望的位置和姿態(tài)位置誤差姿態(tài)誤差1000)()()()()(tptatotnth1000)()()()()(tptatotnthddddd)()()()()()()()()(tptptptptptptptptezdzydyxdxdpdddataotontnte)()()(21)(0 為減少位置和姿態(tài)誤差，要求因?yàn)?(),()()()()()()()()(tqqqjtqqjtxtqqjttvtx )()()()()()()()()()(2121tekttktttektvtvktvtvoddpdd)()()(,)()()(tetetettvtxopddd從而有： 代入得：因?yàn)檫@里考慮的是誤差項(xiàng)，因此是閉環(huán)控制，精度高。)()()()()(21tektxtxktxtxdd )(