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文档简介
机器人控制概述及建模,浙工大,机器人控制概述,1.1 机器人发展现状及趋势 1.2 机器人控制技术,1.1 机器人现状及趋势,发展史: 第一代:示教再现型机器人 第二代:具有感觉的机器人 第三代:智能机器人 发展趋势:标准化、模块化、开放化、网络化 存在问题: 1.驱动系统笨重 2.机械臂过重 3.移动机器人能源携带 4.计算机信息传输、处理能力不够快,1.2 机器人控制技术,机器人模型的建立,2.1 机器人数学基础 2.2 机器人运动学模型 2.3 机器人动力学模型,2.1 机器人数学基础,(1)位姿描述 1.位置的描述 刚体的位置可用它在某个坐标系中的向量来描述。 2.方位的描述 刚体的方位也称刚体的姿态。,(2)坐标变换 坐标变换包括平移变换和旋转变换。 1.平移变换 2.旋转变换 3.复合变换:平移与旋转的结合,(3)齐次坐标变换 齐次坐标定义:用四维向量表示三维空间一点的位置P,即 上式称为齐次坐标,其中w为非零常数。 齐次变换: 为齐次变换矩阵, 为平移变换矩阵, 为旋转变换矩阵。,2.2 机器人运动学模型,机器人运动学模型是基于坐标变换求得的。 D-H坐标变换法: 严格定义了每个坐标系的坐标轴,并对连杆和关节定义了4个参数。用两个参数来描述一个连杆,即公共发现距离和所在平面内两轴的夹角;另外两个参数来表示相邻连杆的关系,即两连杆的相对位置和两连杆法线的夹角。 缺点:很难正确地建立坐标系。因为D-H方法是建立在按严格的规则建立正确地坐标系的基础上的,特别是等多个移动副,很难确定其各个参数。,D-H坐标建立规则,A和B两坐标坐标原点,后一坐标分别绕前一坐标得x、y、z轴旋转的坐标变换矩阵为,当后一坐标与前一坐标原点不重合的时候先进行平移变换,机器人运动学方程建立 对于具有n个连杆的机械手,运动学方程是要确定与末端坐标系n固联的手爪相对于基坐标系0的变换。根据其次变换的乘法规则可得: 式中, 表示末端坐标系n相对于基座0的位姿。,机器人运动学方程求解 1.代数法 代数法求解过程中,通过逐次在运动学方程式的两边同时乘上一个齐次变换的逆,达到分离变量的目的。 2.几何法 通过几何图形求解角度值,求解过程中利用正弦定理、余弦定理、反正切公式等求解角度。,2.3 机器人动力学模型,机器人动力学问题,机器人动力学正向问题:已知机器人各关节所需的驱动力或力矩,求解机器人各关节的位移、速度和加速度。从控制角度讲,正向问题用于运动的动态仿真。,机器人动力学逆向问题:已知各关节的位移、速度和加速度(即已知关节空间的轨迹或末端执行器在笛
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