工业机器人教材原理与应用.ppt

机器人动力学牛顿－欧拉法 刚体的一般运动可以分解为随质心的平动和绕质心的转动 随质心平动的动力学特性可用牛顿定理来描述 绕质心转动的动力学特性可用欧拉定理来描述 用牛顿－欧拉法和拉格朗日法建立机器人动力学模型的最大不同之处在于：牛顿－欧拉方程描述的是机器人系统中每一个刚体的动力学特性，得出的动力学模型为联立方程组，而拉格朗日方程可以描述机器人系统中多刚体的动力学特性，可以得到封闭形式的动力学模型。 机器人动力学动力学模型的一般形式 惯性力项 与离心加速度和哥氏加速度有关的项 重力项 广义力项 第十部分—机器人的控制—轨迹控制 运动控制 动态控制 “运动控制”完全不考虑机器人的动力学特性，只是按照机器人实际轨迹与期望轨迹间的偏差进行负反馈控制，控制器常采用位置和速度增益控制。 “动态控制”引入了一个内控制回路，对机器人动力学特性进行动态补偿，使机器人转化为解耦的线性定常系统。内控制回路补偿器通常采用各种动力学补偿和反馈线性化等方法，外控制回路的设计可采用位置和速度增益控制、自适应控制、变结构控制及各种鲁棒控制设计方法等。 “运动控制”控制律简单，易于实现。但难以保证机器人具有良好的动态和静态品质，主要应用于定点控制。 “动态控制”可使机器人具有良好的动态和静态品质，但需要在线进行机器人动力学计算，主要应用于轨迹跟踪控制。 基于控制律分解原理的控制方法 机器人的控制—轨迹控制 * * 工业机器人原理与应用 报告人：庄鹏 2006年11月25日 主要内容 机器人的发展概况 机器人的定义 国际上的主要机器人生产厂家 机器人的应用领域 机器人的分类 机器人系统的基本结构 机器人的技术参数 机器人运动学 机器人动力学 机器人的控制 1920年，捷克剧作家卡里洛·奇别克在其科幻剧本《罗萨姆万能机器人制造公司》(Rossum’s Universal Robots)首次使用了ROBOT这个名词，意思是“人造的人”。现在已被人们作为机器人的专用名词。 “机器人”一词的由来 第一部分—机器人的发展概况 第一代机器人 19世纪50、60年代，随着机构理论和伺服理论的发展，机器人进入了实用阶段。1954年美国的G. C. Devol发表了“通用机器人”专利；1960年美国AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人，可进行点位和轨迹控制，这是世界上第一种应用于工业生产的机器人。 70年代，随着计算机技术、现代控制技术、传感技术、人工智能技术的发展，机器人也得到了迅速的发展。1974年Cincinnati Milacron公司成功开发了多关节机器人；1979年，Unimation公司又推出了PUMA机器人，它是一种多关节、全电机驱动、多CPU二级控制的机器人，采用VAL专用语言，可配视觉、触觉、力觉传感器，在当时是技术最先进的工业机器人。现在的工业机器人在结构上大体都以此为基础。这一时期的机器人属于“示教再现”（Teach-in / Playback）型机器人，只具有记忆、存储能力，按相应程序重复作业，对周围环境基本没有感知与反馈控制能力。 机器人的发展概况 第二代机器人 进入80年代，随着传感技术，包括视觉传感器、非视觉传感器（力觉、触觉、接近觉等）以及信息处理技术的发展，出现了第二代机器人——有感觉的机器人。它能够获得作业环境和作业对象的部分相关信息，进行一定的实时处理，引导机器人进行作业。第二代机器人已进入了使用化，在工业生产中得到了广泛应用。 机器人的发展概况 第三代机器人 目前正在研究的“智能机器人”，它不仅具有比第二代机器人更加完善的环境感知能力，而且还具有逻辑思维、判断和决策能力，可根据作业要求与环境信息自主地进行工作。 美国机器人协会(RIA):机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机。可见，这里的机器人是指工业机器人。 日本工业机器人协会(JIRA):工业机器人是一种装备有记忆装置和末端执行装置的、能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。 国际标准化组织(ISO):机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各类材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。 第二部分—机器人的定义 机器人集中了机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制原理以及人工智能等多学科的必威体育精装版研究成果，代表了机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。工程技术人员了解和学习机器人学具有重要的意义。 第三部分—国际上的主要机器人生