机器人原理与实践-组成.ppt

1、机器人的原理和实践不仅可以接受人类的指挥，还可以执行预先编制的程序，可以按照人工智能技术制定的原则纲领行动。其任务是支持或替代人类的工作，如生产业、建筑业和危险的工作。现在，国际上一致认为，机器人是用自己的动力和控制力实现各种功能的机器。第一章自动机概述为自动机(Robot)牙齿自动执行任务的机械设备。第一，什么是机器人，联合国标准化组织采用了美国机器人协会给机器人的定义。“可编程、多功能的机械手，搬运材料、零件、工具；或具有可更改和可编程行为以执行其他任务的专业系统。”机器人是高级集成控制论、机械电子、电脑、材料和生物工程的产物。现在工业、医学、农业、建筑业，甚至军事领域都有重要的用途。机器

2、人系统的结构由执行机构、传感器、电脑和信息处理四个部分组成。(1)机构部分包括机器人和移动机构，机器人手臂相当于人力，可以执行多种任务。移动的仪器相当于人的脚。机器人用它“行走”。(2)传感器部分是机器人对自身或外部环境变化信息的感觉器官，相当于人眼、耳朵、皮肤等，包括内部传感器和外部传感器。2机器人系统的组成，(3)计算机是机器人的指挥中心，相当于人脑或中枢神经。通过控制机器人的各个部位，可以调整动作。(4)信息处理设备(电子电脑)是人与机器人沟通的工具，可以根据外部环境的变化灵活地改变机器人的动作。1执行机构执行机构，即机器人体。该手臂通常使用空间开链连杆机构，其中运动对称为关节，关节数通

3、常是机器人的自由度数。为了拟人化，机器人主体的相关部分通常称为底座、腰部、手臂、手腕、手(固定器或末端执行器)、步行部(移动机器人的情况)。机器人的机构包括三个茄子主要类别：执行机构、电动机构和驱动机构。(a)机构部分，驱动机构将驱动产生的动力传递到机器人的每个关节和运动部分，从而实现机器人的平稳移动。典型的传动机构包括：(1)齿轮传动：通过均匀分布在齿轮边上的齿的直接接触传递功率。主要用于更改力的大小、方向和速度。(2)螺杆传动机构：螺杆是带螺杆的杆，通过螺杆旋转将旋转运动更改为直线运动。螺丝驱动机构主要有滚珠螺丝、行星轮毂。2传动机构，(3)皮带驱动和链传动机构：使用皮带或链传递平行轴之间

4、的旋转运动，或将旋转运动转换为直线运动。它主要有齿形带传动。还有滚子链传动装置。(4)流体传动：分为液压传动和气压传动。也就是说，利用液体和气体向介质输送能量。液压传动精度高，功率好，适合搬运笨重物品的机器人。气压传动成本低，容易达到高速，常用于完成简单的工作机器人。(5)连杆驱动器：使用杆形式向手动机器传递力，在传递过程中改变力的大小和方向，延宪可以长也可以短，允许手动机器移动大距离。牙齿动力机制常用于执行简单任务的机器人。人类和动物能维持生命和运动的原因是肌肉系统能收缩并产生能量。驱动器相当于机器人的肌肉。机器人主要使用传记驱动器(电动机)、流体(液体或气体)驱动器。根据机器人使用的驱动器

5、，可以分为三类茄子。(1)从20世纪80年代开始应用于机器人的传记驱动器从电力中产生动能，驱动机器人的关节运动。电动机器人具有能完成高速运动、电机球少、成本低的优点，在现代工业生产中已经基本普及。，3驱动机构，(2)液压机器人具有精度高、反应速度快的优点，但液压机构维护复杂、成本高，基本上已被电动机器人取代。(3)气动机器人由气动机构引起动力驱动关节运动。气动方式受空气可压缩性的影响，稳定性差，位置精度低，目前应用较少。现在科学家们正在智能地开发聚合物的肌肉组织。这种肌肉材料能将化学能转换为机械能，通过自身的伸展实现人工肌肉的功能。我们叫特殊驱动器。例如，由形状内存元素组成的特殊驱动器，无论形

6、状内存元素转换为什么形状，加热后都可以完全恢复为原始形状。目前仅由Ti和Ni组成的形状记忆合金，用于机器人驱动器。(2)传感器部分，传感器是机器人的感觉器官，传感器部署的作用是实时检测机器人的运动和操作状态，根据需要反馈控制系统，与设置信息进行比较，然后调整执行机构，使机器人的操作符合预定要求。检测装置中的传感器可分为两类：内部传感器和外部传感器内部传感器。也就是说，它用于检测机器人自身的状态，安装在驱动装置上，用于测量手臂、爪子等运动位置和速度。控制机器人位置精度和运动，如角度传感器和关节传感器。将测量的信息作为反馈信号发送到控制器，形成闭环控制。外部传感器：为了获取有关机器人工作对象和外部

7、环境等的信息，让机器人的动作适应外部情况的变化，达到更高水平的自动化，甚至让机器人有某种“感觉”，从而发展到智能化。例如：视觉传感器是机器人的眼睛，它测量物体的距离和位置，识别物体的形状、颜色等特性。温度传感器相当于人类的皮肤。机器人通过此检测环境温度的变化。移动机器人工作时使用距离传感器检测障碍物的位置，告诉机器人及时避开，确保工作安全。使用牙齿信息，可以形成大的反馈回路，大大提高机器人的工作精度。传感器的优劣是机器人技术进步的关键。要实现未来的智能机器人，必须依靠传感器技术的提高。机器人控制由一台或多台微型计算机完成。单个芯片是指集成在一个芯片上的完整电脑系统。他的大部分功能都集成在小芯片

8、上，但是整个计算机所需的大部分组件，如CPU、内存、内部和外部巴士系统，现在大部分都有外部内存。还集成了通信介面、计时器、时钟等外围设备。目前功能最强大的单个筹码系统还可以将声音、图像、网络和I/o系统集成到单个芯片上。(3)大脑部分，也称为微控制器，因为微控制器最早在产业控制领域使用。单筹码芯片是在筹码中只有CPU的专用处理器上发展起来的。早期的设计理念是将大量外围设备和CPU整合到一个芯片上，使电脑系统变小，易于集成到复杂、对体积要求严格的控制设备中。Intel的Z80是根据这个想法设计的第一个处理器，从那时起，单一筹码微型电脑和专用处理器的发展就分开了。C51单筹码，MCS51是美国英特

9、尔创建的一系列单筹码微型计算机的统称。包括8031，8751等。牙齿中，8051是最常见的类型，也称为MCS51系列单筹码微型计算机。使用8051内核开发的AT89C51 (C51)已增强为高性能、低功耗8位单筹码系统AT89S52。8K字节可编程系统ISP与可反复擦1000次包含鞋的闪存只读节目内存标准MCS命令系统和销结构兼容。本课程中学习的教育机器人使用AT89S52微控制器。机器人控制系统有两种茄子方法。一个是中央控制。也就是说，机器人的完全控制是由微机完成的。另一种是漫反射(等级)控制。也就是说，使用多台微型计算机分担机器人的控制。例如，上下微机一起完成机器人的控制时，主机经常用于负

10、责系统的管理、通信、运动学和力学计算，并将命令信息发送给下级微机。作为下游，每个关节对应一个CPU，执行插值计算和伺服控制处理，实现给定运动，并将信息反馈给主机。根据工作任务要求，机器人的控制方法可以分为点控制、连续轨迹控制和力(力矩)控制。(4)控制部分，工业机器人传记伺服系统的典型结构为三个闭环控制：电流环、速度环和定位环。目前，国外许多电动机制造商正在开发适合交流伺服电动机的驱动产品，用户根据所需功能选择不同的伺服控制方法。通常，交流伺服驱动器通过手动设置内部功能参数，可以实现以下功能：1位置控制方法；2速度控制方法；3转矩控制方法；4位置，速度混合法；5位置，扭矩混合法；6速度，扭矩混合法；7扭矩限制；8位置偏差太大。设定9速度PID参数；设定10速度和加速度前馈参数；11设置零漂移赔偿参数；12设定加速和减速时间等1966年，美国海军利用装有钳形人工手指的机器人“科波”，在飞机事故中，从西班牙近海750米深的海底打捞