智能控制 课件 第八章-机器人智能控制.pptx

机器人智能控制智能控制1 第八章 RobotIntelligentControl

1 机器人控制系统的特点智能控制2运动描述复杂，机器人的控制与运动学及动力学密切相关。仅考虑位置闭环是不够的，还要考虑速度闭环，甚至加速度闭环。需要求解正逆运动学问题。考虑各关节之间惯性力、哥氏力等耦合作用和重力负载等因素。机器人控制系统是一个多变量控制系统。简单的工业机器人有3~5个自由度，每个自由度一般包含一个伺服电机，多个独立的伺服系统必须有机协调起来。例子:机器人的手部运动是所有关节的合成运动，要使手部按照一定的轨迹运动，就必须控制各关节协调运动，包括运动轨迹、动作时序等多方面协调。

1 机器人控制系统的特点智能控制3机器人控制系统是非线性的控制系统。描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随状态和外力的变化，其参数也在变化，各变量之间还存在耦合，经常使用重力补偿、前馈、解耦或自适应控制等方法。机器人的动作可以通过不同的方式和路径来完成，因此存在一个最优的问题。采用人工智能的方法，根据传感器和模式识别的方法获得对象及环境的工况，按照给定的指标要求，自动选择最佳的控制规律。需采用加（减）速控制。过大的加（减）速度会影响机器人运动的平稳性，甚至使机器人发生抖动，因此应在机器人起动或停止时采取加（减）速控制策略。

2机器人控制系统的功能（1）控制机械臂末端执行器的运动位置；（即控制末端执行器经过的点和移动路径）（2）控制机械臂的运动姿态；（即控制相邻两个活动构件的相对位置）（3）控制运动速度；（即控制末端执行器运动位置随时间变化的规律）（4）控制运动加速度；（即控制末端执行器在运动过程中的速度变化）（5）控制机械臂中各动力关节的输出转矩；（即控制对操作对象施加的作用力）（6）具备操作方便的人机交互功能，机器人通过记忆和再现来完成规定的任务。智能控制4

2机器人力控制控制目的：控制机器人各关节使其末端表现出一定的力或力矩特性分类直接力控制（Directforcecontrol）PID控制间接力控制（Indirectforcecontrol）被动柔顺（变刚度）主动柔顺（阻抗控制）智能控制5

2 机器人力控制轴孔配合(ShaftHoleAssembly）智能控制6单纯的位置控制会由于位置误差而引起过大的作用力，从而伤害零件或机器人。机器人在这类运动受限环境中运动时，往往需要配合力控制来使用。

2 机器人力控制机器人组装智能控制7对于切削、磨光和装配等作业，需要阻抗控制或柔顺控制。当机器人遭遇障碍物时，会智能地调整预设位置轨迹，从而消除内力。

2 机器人力控制形状适应性（Shapeadaptability）力控制可以用于控制施加在机器人末端执行器上的各种类型的力，包括接触力和扭矩力。智能控制8

2机器人力控制+-KKi1/sFd?F实现机器人与环境作用力的精确控制力控制分为直接力控制与间接力控制直接力控制的特点:具有力控制回路，直接控制期望力，常用PID的控制方法。力的PI控制方法智能控制9分别表示期望力与传感器测得的力。分别表示比例与积分增益。????和????????和????

2 机器人力控制比例+积分+微分控制器（PID）比例+微分控制器（PD）比例控制器（P）比例+积分控制器（P+I）tu?t??KPe?t?1u?t??KP[e?t??dtd(e(t))u?t??KP[e?t??TD ]0智能控制101]tId(e(t))dtu?t??KP[e?t?? ?e(?)d??TDTPID控制器设计

2机器人力控制?Directforcecontrol智能控制11

3 机器人力与位置协同控制柔顺：compliance智能控制12

3机器人力与位置协同控制顺应用户的运动意图智能控制13

3 机器人力与位置协同控制为什么位置控制不具备顺应能力？Positioncontrol:suppresspeoplesmovementintention抑制人的运动意图智能控制14

3 机器人力与位置协同控制关节空间柔顺控制Compliancecontrol:conformtohuman’smovementintention顺从人的运动意图智能控制15

3 机器人力与位置协同控制主动柔顺控制主动柔顺控制的本质是通过机器人对接触力的信号反馈，采取相应的主动控制策略，通过调整机器人末端位置、速度和加速度来控制力保持恒定，实现接触操作过程的力顺从。智能控制16

3 机器人力与位置协同控制位置控制律位置反馈力控制律运动学力传感器作业环境++++--逆运动学机械臂期望位置智能控制17期望力力/位混合控制示意