机器人学 - Robofun 机器人论坛.PPT

Robotics機器人學 By Wallace 2007/08/23 內容 機器人簡介 機器人座標系統 機器人運動學 機器人手尖微量變動與賈可賓齊次矩陣 機器人軌跡產生與規劃 機器人動力學 機器人控制 機器人定義 根據美國機器人協會『機器人是指可以重複改變程式，具有多功能的機械手臂，經由程式的改變來執行移動物料、工件、工具，或其它特殊裝置的工作』。 機器人組成要件 操縱器(機器人手臂)：包含基座、肩膀、手肘、手腕、夾具或工具。 致動器：有電壓、油壓或氣壓馬達等，經由機構來驅動各種不同座標系的運動。 回授感測器：用以感應運動及環境。 動力供應器：空氣壓縮機、油壓泵浦、電動馬達等。 控制器：控制移動。 機器人控制示意圖 機器人座標系統 平移變換 旋轉變換:1 旋轉變換:2 旋轉變換:3 平移且旋轉變換 機器人運動學 探討機器人幾何形狀隨時間變化的學問。 主要包括有時間、位移、速度等變數。 無考慮運動的力及力矩等作用。 運動學分為： 順(正)向運動學 由各軸狀態推導出末端位置。 逆(反)向運動學 由末端位置推導出各軸狀態。 順向運動學 逆向運動學 Denavit-Hartenberg連桿座標系變換 賈可賓(Jacobian)矩陣 相對座標系微量運動轉換 機器人軌跡產生與規劃 路徑：空間中一點移動至另一點的任意曲線。 軌跡：除考量二點外，還需要考慮移動過程的位置、速度及加速度。 直線補間法 將直線路徑分成K段，亦即有K-1個中途點。 利用逆向運動學將起點、終點及各中途點位置變換為各軸位置。 求出每小段所需時間Tseg 將Tseg分成m個等時距dTseg，其中dTseg為取樣頻率的倒數。 決定每軸在微小時距dTseg的位移dθi 在第n個取樣時間，伺服軸收到指令應為n dθi 立方多項式補間法:1 立方多項式補間法:2 五次方多項式補間法 機器人動力學 研究機器人力(或力矩)與運動(包括位置、速度及加速度)之間的關係。 將力(或力矩)視為運動方程式的輸入信號。 動力學分為： 順向動力學 由各軸輸入力矩推導出各軸運動軌跡。 反向動力學 由各軸運動軌跡推導出各軸輸入力矩。 機器人控制介面 低階位置控制系統 改進之低階位置控制系統 混合位置與力控制 機器人系統的傳統結構 智慧型機器人系統圖 參考資料 機器人學 晉茂林 著 國立編譯館 主編 五南圖書出版 QA 工作程式 補間器 人工智慧法則 控制廻路 感測器介面 機器人操作機 感測器 機器人電腦 工作環境 * * 機器人手臂 外在環境 電腦控制器 工作事項 可程式語言 控制信號 內部回授信號 外部回授信號 空間參考座標 機器人參考座標 工件支撐參考座標 抓具參考座標 工件參考座標 A B P 利用在角度很小時sinδ=δ,cosδ=1，將旋轉矩陣簡化。 邊界條件： 代入公式： 解： 考慮起點終點位置、速度及加速度 邊界條件： 軸輸入力(力矩) 順向動力學 軸運動軌跡 順向運動學 手尖運動座標 手尖運動座標 逆向運動學 軸運動軌跡 反向動力學 軸輸入力(力矩) 模擬 控制 控制工作項目 座標轉換 軸控制電子裝置 軸致動器 軌跡控制水平 座標轉換水平 軸控制水平 指令敍述 例如： 移至工件A 抓取工件A 工具中心點在空間座標的位置 在軸空間座標的軌跡點 軌跡 規劃器 反向 運動學 軌跡追蹤 控制器 手臂 感測器 軌跡 規劃器 反向 運動學 控制器 手臂 順向 運動器 Σ + - 位置控制法則 力控制法則 Σ 直角座標 機器人手臂 約束條件 + + 教導盒 工作程式 人工智慧 軌跡規劃 限制條件 反向運動學法則 控制迴路 致動器 感測器 機器人末端作用器 目標指令 插補器 * * *