工业机器人控制技术课件.ppt

1.3.1 关节运动伺服指令的生成 2、轨迹规划的实现过程 （2） CP下的轨迹规划 第一步：连续轨迹离散化 B：离散点处的姿态计算 根据以上计算公式，由路径两个端点A、B的姿态矩阵即可得机器人手部在整个路径上绕三个坐标轴的旋转角度变化为： A B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.3 运动控制 1.3.1 关节运动伺服指令的生成 2、轨迹规划的实现过程 （2） CP下的轨迹规划 第一步：连续轨迹离散化 B：离散点处的姿态计算 由作业任务的要求可将其用时间t的参数方程表示为： A B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.3 运动控制 1.3.1 关节运动伺服指令的生成 2、轨迹规划的实现过程 （2） CP下的轨迹规划 第一步：连续轨迹离散化 B：离散点处的姿态计算 同样利用弧长公式将时间化为弧长的函数，并以等间隔弧长等分整个路径，则任一离散点处绕三个坐标轴的旋转角度为： A B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.3 运动控制 1.3.1 关节运动伺服指令的生成 2、轨迹规划的实现过程 （2） CP下的轨迹规划 第一步：连续轨迹离散化 B：离散点处的姿态计算 由此可得任一离散点处的位姿为： A B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.3 运动控制 1.3.1 关节运动伺服指令的生成 2、轨迹规划的实现过程 （2） CP下的轨迹规划 第一步：连续轨迹离散化 根据以上计算，最终 可得离散点n处的位姿为： A B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.3 运动控制 1.3.1 关节运动伺服指令的生成 2、轨迹规划的实现过程 （2） CP下的轨迹规划 第二步：PTP下的轨迹规划 有了各个离散点处的位姿，就可以用PTP下的轨迹规划实现方法，从而完成CP下的轨迹规划。至此，在直角坐标空间中两点之间连续路径的轨迹规划就全部完成了。 A B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.3 运动控制 1.3.2 关节运动的伺服控制 多关节的工业机器人控制系统往往可以分解成若干个带耦合的单关节控制系统。如果耦合是弱耦合，则每个关节的控制可近似为独立的，看成是每个关节由一个简单的伺服系统单独驱动。 1.3 运动控制 1.3.2 关节运动的伺服控制 机器人关节运动的伺服指令生成以后，就要采用一定的控制算法对关节的运动进行伺服控制，常用的控制方法有以下几种： 1、基于前馈和反馈的计算力矩的控制方法 注意：前馈指的是加速度，反馈指的是速度和位移。 已知多自由度机器人的动力学模型为： 且各项 均可精确计算。 1.3 运动控制 1.3.2 关节运动的伺服控制 1、基于前馈和反馈的计算力矩的控制方法 具有前馈补偿的 闭环伺服系统的性能 取决于本体和控制对 象的动力学模型的估 算准确性。当得不到 准确的动力学模型或 是环境变动超出系统 反馈补偿范围时，控 制性能就会改变。 1.3 运动控制 1.3.2 关节运动的伺服控制 1、基于前馈和反馈的计算力矩的控制方法 选取控制规律为： 式中， ——关节控制的输入力（矩）向量； ——关节速度误差反馈系数； ——关节位置误差反馈系数； ——希望跟踪的关节速度和位移； ——实际的关节速度和位移。 1.3 运动控制 1.3.2 关节运动的伺服控制 1、基于前馈和反馈的计算力矩的控制方法 假定选取 ，则有： 由于惯性矩阵 可逆，所以可得误差微分方程为： 式中， ——关节位移误差； 分别为关节速度和加速度的误差。只要选取合适的 和 值，就可使关节变量的各项误差渐趋于零。 1.3 运动控制 1.3.2 关节运动的伺服控制 1、基于前馈和反馈的计算力矩的控制方法 这种控制方法是基于关节变量加速度的前馈和速度、位移误差的反馈以及对耦合力项和重力项的补偿而实现的，其考虑的主要是位移和速度的误差对惯性力项的影响，所以适合于低速、重载的机器人。 它的缺点是计算 的工作量大，且控制的精度主要依赖于机器人动力学模型的精确度。 1.3 运动控制 1.3.2 关节运动的伺服控制 2、线性多变量控制方法