机器人学导论第6章1.pptVIP

第6章驱动控制;4电气子系统

电机、计算机、接口、传感器、动力源等；

5机械子系统

机械臂、手爪、腕、移动车、驱动器、连杆、关节、齿轮、齿条、链条等；

6传感子系统

内部的：位置、速度、加速度、力、力矩等；

外部的：视觉、接触觉、声觉、化学等。;机器人各子系统主要功能为：

1处理子系统

将机器人执行的任务细化成一系列机器人所能够执行的步骤。

2规划子系统

包含建模、理解处理和规划智能处理过程。在建模阶段，来自传感器的数据用该任务的数学模型融合并形成一个参考模型。使用这个参考模型，理解处理阶段选择策略以执行该任务。规划阶段将这些策略转换成机器人控制程序。

3控制子系统

执行上述转换的程序。;4电气子系统

对于电动驱动器，将来自控制子系统的驱动器数据输入给电气子系统。而一般的液压和气动驱动器一般是由电动控制阀控制，也可以用电动驱动器控制方法实现。这个子系统也包含计算机、接口和动力源。

5机械子系统

这些驱动器驱动机械子系统中的机构以使该机器人在一定环境下工作并完成给定的任务。

6传感子系统

机器人和环境参数由传感子系统监测。传感器信息被用于控制回路的反响控制，探测危险环境、确定任务是否被正确执行等。;§6.1机器人机械系统及构成;〔二〕腕部结构

机器人手臂具有3个自由度以到达空间任意位置，为了描述完整的空间姿态，要求手腕也要有3个自由度以实现空间任意姿态。典型的3自由度旋转式机器人手腕类似于人的手，通常用航海术语描述：ROLL(滚动)；PITCH(俯仰)；YAW(偏转)。手腕中很少采用滑动关节。;由于手腕设计的复杂性，许多低价值的机器人手腕只有两个自由度。典型两个自由度的手腕由圆锥差动齿轮组成，它可以完成ROLL(滚动)、PITCH

(俯仰)两个动作。;由于手腕设计的复杂性，许多低价值的机器人手腕只有两个自由度。典型两个自由度的手腕由圆锥差动齿轮组成，它可以完成ROLL(滚动)、PITCH

(俯仰)两个动作。;IBM7665机器人腕结构;〔三〕末端执行器

工业机器人的夹持器〔末端执行器〕可以粗略地比作人的手，最简单的夹持器是一个带有绕一个公共轴转动的两个手爪的钳子，当这样两个手爪相距较近且当〔1〕所夹持的物体要求一定压力以保持物体不致掉落下来；〔2〕对于多指手爪，每一个与物体接触的关节与物体间都要产生一个作用力，所有作用于夹持物体上的合力等于零—多指手爪夹持物体的根本判断准那么。;末端执行器关键部件：

〔1〕末端工具；

〔2〕手爪快速更换装置；

〔3〕控制功能局部。;§6.2驱动器;6.2.1驱动系统的性能;〔二〕刚度和柔性

定义

刚度是材料对抗变形的阻抗，柔度正好与之相对。刚度越大，使它变形所需的负载越大，柔性越大，在负载作用下越容易变形。

影响刚度和柔度的因素

弹性模量越大，刚度越大。如液压系统弹性模量大，刚性好；气动系统很容易压缩，柔性好。

对系统的影响

刚性系统对变化负载和压力响应快，精度高，在负载作用下弯曲或变形小，对位置保持精度高。但刚性系统易损坏。

我们必须在这两个矛盾的性能之间进行平衡。;〔三〕减速齿轮的使用

液压活塞只做很小的移动便可输出全部的力。因此没有必要用减速齿轮链来增大力矩并使操作速度降低。因此，将驱动装置直接安装在机器人连赶上，就能简化设计、降低系统重量和本钱、降低关节的转动惯量和间隙、提高系统的可靠性和降低噪声。

电机通常以很高速度旋转，显然人们不希望机器臂的速度也这么高，因此必须设置减速齿轮。同时也增加了本钱和零件数，以及间隙和旋转体的转动惯量。而且因为连杆可以转动很小的角度，因此使用齿轮也增加了系统的分辨率。;我们假设通过一组减速比为N的减速齿轮将惯量为的负载连在惯量〔包括减速齿轮的惯量)的电机上，如以下图所示：;电机及负载上的力矩及速度比为：;因此，电机仅“感觉到”负载实际惯量的一局部。例如，假设关节使用了减速比为10的减速器，那么折合到电机轴上的转动惯量仅为实际转动惯量1/100，因此电机可以快速加速。

在直接驱动系统中，无论是电气驱动还是液压驱动，电机都必须承受全部惯性负载。当减速比很大时，可以忽略机器人控制系统中负载转动惯量的影响。;例如以下图所示，一电机连接到一质量均匀分布的机械臂上，在机械臂末端有一集中质量块，该电机的转子转动惯量为，最大力矩为。忽略系统中减速齿轮对的惯量和粘性摩擦，分别对减速比为：(a)3