机器人控制理论与技术8精要.ppt

* 差动驱动的两轮机器人 * 环境坐标系: 机器人坐标系: 机器人位置坐标: 两个坐标系之间的坐标变换： 机器人位置的表示 * 示例 * 环境坐标系: 机器人坐标系: 机器人位姿坐标: 两个坐标系之间的坐标变换： 机器人位置的表示 * 示例 * 运动学误差模型（1） * 运动学误差模型（2） * 轨迹跟踪控制律设计 当Kx, Ky, Kθ , α, β, 均为正常数时, 且α+β=1 当vd,ωd,dvd/dt, dωd/dt 有界 根据 * 仿真结果—对圆的跟踪 Kx =1, Ky =1, Kθ=1, α=0.5, β=0.5 * 仿真结果—对cos曲线的跟踪 Kx =1, Ky =1, Kθ=1, α=0.5, β=0.5 * * 上述机器人的运动都离不开什么呢？ * 电机，是的，电机目前已成为机器人中应用最广泛的执行机构。那么下面大家区分一下在外文文献中经常会遇到的两个单词： Effectors和Actuators，分别是什么意思？ * * 那么如何克服直流电机的这个缺点呢？ * Position control: Common, but very stiff. The idea is to track the desired position. Torque control: tracks a specified torque; less stiff Energy usage: 100mA-1A; 8-bit processor: 5mA * 乐高公司省生产的一款玩具用电机和变速箱。 * From: /nxtmotor/nxtmotor.htm * Translational degrees of freedom vs. rotational. 1 motor/1DOF or less? Controllable degrees of freedom ? see next slide * The helicopter could be restricted to move in 2D! Parallel parking is hard because cars cannot move sideways. Cars can get to anywhere, following a continuous trajectory but with a discontinuous velocity profile (it has to stop and go back). * Bollsocket join has not been replicated in robotics (?). Image source: Source: http://www.takanishi.mech.waseda.ac.jp/research/we/we-4rII/index.htm * * * * * * 常用的机器人控制结构 * 运动的实现 轮式 履带式 腿式 * Effectors与Actuators Effectors：操纵装置 device on a robot that has an effect (impact or influence) on the environment 比如腿，轮子，手臂等 Actuators：执行机构 Mechanism that enables the effector to work 比如电机、液压缸、气压缸等 * 运动的机理 Interaction forces e.g. friction Contact points Interaction forces * 机器人本体运动? locomotion 移动环境物体 ? manipulation 运动装置的作用 * 直流电机 优点： 简单、价廉、性能可靠、易于使用、易于购买 输入： 电流或者电压 速度： 3k~9krpm(50~150rps) 问题： 速度较高/力矩较小 * 传动装置 目的:改变直流电机的输出力矩！ torqueout ~ torquein/radius 问题:如何增加输出力矩呢? 解决方法：设计传动装置！ * 传动装置 齿轮减速比—3:1 驱动轮(1) 从动轮(2) 电机输出功率 ~ torque * vrot vrot,2 = vrot,1/3 ? torque2 = torque1 * 3 * 传动装置 如何获取更大的齿轮比，比如9:1? 使用更大的齿轮 使用更多的齿轮 产生的问题： 齿隙 增大摩擦 浪费能量 解决方法: “变速箱” ? GearBox 9:1 gear reducti