机器人学基础-第5章-机器人控制-蔡自兴PPT格式课件下载.ppt

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4FundamentalsofRoboticsExamplesRobotHuBoPUMA560WatchavideoofBigDogPUMA560PreciseUniversalMachineforAssemblyAnindustrialrobotRobotHuBoAmobilerobotDesignedinUSAMadeinChinaCanplaygames,danceandsingWatchvedioBigDogMadebyBostonDynamicsCo.US.Amilitaryrobotwhichhasamazingmobilityandadaptability.Itcanclimbup35slopes,carrymorethan40kgequipment.Impression:

Kinem.+Dynam.+?

9Chapter5RobotControl5.1BasicPrinciplesofRobotControl机器人的基本控制原则机器人的基本控制原则Theissueofrobotcontroliscloselyrelatedtorobotickinematicsanddynamics.（howlearn?

）.Fromthepointviewofcontrol,Theroboticsystemisarepresentativeredundant,multi-variableandnonlinearcontrolsysteminnature,andacomplexcouplingdynamicsystem.Everycontroltaskitselfisadynamicaltask.机器人学基础105.1BasicPrinciplesofRobotControlClassificationofControllersnon-servocontrolservocontrolposition/speedfeedbackcontrolforce（torque）controlHybridF-Pcontrolsensor-basedcontrolnonlinearcontrol5.1.1BasicControlPrinciples5.1BasicPrinciplesofRobotControladaptivecontrolhierarchicalcontroloptimalcontrolfuzzycontrolneurocontrolotherintelligentcontrols115.1.1BasicControlPrinciplesIndustrialrobotcontrollercanbedividedintosingle-joint（link）controllerandmulti-joint（link）controller.Robotcontroldependsonitshead,thatthedevelopmentoftheprocessor.Variouscontrolmethodscanbeusedaccordingtotheactualworkingconditions.5.1BasicPrinciplesofRobotControl5.1.1BasicControlPrinciples12主要控制变量（ControlVariables）Controlvariablesofjointsofamanipulator5.1机器人的基本控制原则13控制层次ControlLevelsLevel1：

LevelofAILevel2：

LevelofcontrolmodelLevel3：

Levelofservosystem5.1.1BasicControlPrinciples5.1机器人的基本控制原则5.1.1BasicControlPrinciplesRobotcontrolisthecontrolofbidirectionalequation:

末端执行装置的状态是由任务轴的许多参数表示的，它是机器人运动模型矢量X的分量。

要控制矢量X随时间变化的情况，即，它表示末端执行装置在空间的实时位置。

只有当关节移动时，X才变化。

用矢量表示关节变量与受控量关系关节变量，即至。

各关节具有运动学模型C1至C6，这些模型构成关节矢量，并由各传动电动机的力矩矢量经过变速机送到各个关节。

在电流或电压矢量提供的动力作用和微处理机的控制下，这些电动机产生力矩。

15控制层次ControlLevels1stGrade:

ArtificialIntelligencelevel2ndGrade:

Controlmodellevel3rdGrade:

Servosystem-level5.1.1BasicControlPrinciples5.1BasicPrinciplesofRobotControl5.1.2ExamplesofServo-controlSystem伺服控制系统举例伺服控制系统举例Servodrivensystemofhydrauliccylinder165.1机器人的基本控制原则Electro-hydraulicservocontrolsystem175.1.2ExamplesofServo-controlSystem5.1机器人的基本控制原则18Manipulatorconsistsofaseriesoflinks,whosedynamiccharacteristicsarehighlynon-linear.Weneedtobuildupthemathematicalmodeltocontrolthemotor-drivenmanipulator.Twoassumptionsinthedesigningofmodel:

Themanipulatorisanidealrigidbodywithoutfrictionandgap.Onlyonedegreeoffreedomforeachlink,eithertranslationorrotation.5.2PositionControlofRobot机器人的位置控制机器人的位置控制5.2PositionControlofRobot195.2.1ModelingofD.CControlSystem直流传动系统的建模直流传动系统的建模nTransferfunctionandequivalentdiagram5.2机器人的位置控制根据电力传动原理可求得下列传递函数：

根据电力传动原理可求得下列传递函数：

电动机的开环传递函数，见式5.16电枢控制直流电动机的传递函数

（1），见式5.2321SpeedregulationofDCmotor5.2机器人的位置控制5.2.1ModelingofDCControlSystem22Basiccontrolstructures5.2.2StructureofPositionControl位置控制的基本结构位置控制的基本结构5.2机器人的位置控制23ServocontrolstructureofPUMA5.2.2StructureofPositionControl5.2机器人的位置控制24ServocontrolstructureforPUMArobot5.2.2StructureofPositionControl5.2PositionControlofRobot25ServocontrolstructureforPUMArobot5.2.2StructureofPositionControl5.2PositionControlofRobot265.2.3PositionControllerofSingleJoint单关节位置控制器单关节位置控制器nStructureofPositioncontrolsystem5.2PositionControlofRobot27Transferfunctionofasingle-jointcontroller5.2.3PositionControllerofSingleJoint5.2PositionControlofRobot285.2.3PositionControllerofSingleJoint5.2PositionControlofRobot29DeterminateParametersandtheSteady-StateError（SSE）Steady-StateError（SSE）5.2.3PositionControllerofSingleJoint5.2PositionControlofRobot5.2.4PositionControllerwithMulti-Joint多关节位置控制器多关节位置控制器30Lagrangiandynamicequation5.2PositionControlofRobot5.2.4PositionControllerwithMulti-Joint5.2PositionControlofRobot315.2.4PositionControllerwithMulti-Joint多关节位置控制器多关节位置控制器32CompensationofCoupledInertia耦合惯量补偿5.2PositionControlofRobot335.3HybridPosition/ForceControlofRobots机器人的力和位置混合控制5.3.1SchemesofHybridPosition/ForceControl力和位置混合控制方案力和位置混合控制方案ActiveStiffn