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机器人控制Control of Robotics 6.1 机器人的基本控制原则 6.2 机械人的位置控制 6.3 机械人的柔顺控制 6.4 机器人的分解运动控制 6.5 机器人关节控制的模糊算法 Robotics 控制 6.1 机器人的基本控制原则 机器人控制特点:冗余的、多变量、本质非线性、耦合的 6.1.1 基本控制原则 1、控制器分类 结构形式:伺服、非伺服、位置反馈、速度反馈、力矩控制、 控制方式:非线性控制、分解加速度控制、最优控制、自适应控制、滑模控制、模糊控制等 控制器选择:依工作任务,可选PLC控制、普通计算机控制,智能计算机控制等。 简单分类:单关节控制器:主要考虑稳态误差补偿; 多关节控制器:主要考虑耦合惯量补偿。 Robotics 控制 6.1 机器人的基本控制原则 6.1.1 基本控制原则 一般分类:PLC、单片机、小型计算机、多计算机分布控制 Robotics 控制 6.1 机器人的基本控制原则 6.1.1 基本控制原则 2、主要控制变量 任务轴R0:描述工件位置的坐标系 X(t):末端执行器状态; θ(t):关节变量; C(t):关节力矩矢量; T(t):电机力矩矢量; V(t):电机电压矢量 本质是对下列双向方程的控制: Robotics 控制 6.1 机器人的基本控制原则 6.1.1 基本控制原则 3、主要控制层次 分三个层次:人工智能级、控制模式级、伺服系统级 1)人工智能级 完成从机器人工作任务的语言描述 生成X(t); 仍处于研究阶段。 2)控制模式级 建立X(t) T(t)之间的双向关系。 电机模型 传动模型 关节动力学模型 机器人模型 Robotics 控制 6.1 机器人的基本控制原则 6.1.1 基本控制原则 3、伺服系统级 解决关节伺服控制问题 即 Robotics 控制 6.1 机器人的基本控制原则 6.1.2 伺服控制系统举例 1、液压缸伺服传动系统 优点:减少减速器等,消除了间隙和磨损误差,结构简单、精度与电器传动相当。同样可以进行位置、速度、加速度及力的反馈。 Robotics 控制 6.1 机器人的基本控制原则 6.1.2 伺服控制系统举例 2、典型的滑阀控制液压传动系统 Robotics 控制 6.2 机器人的位置控制 由于机器人系统具有高度非线性,且机械结构很复杂,因此在研究其动态模型时,做如下假设: (1)机器人各连杆是理想刚体,所有关节都是理想的,不存在摩擦和间隙; (2)相邻两连杆间只有一个自由度,或为旋转、或为平移。 Robotics 控制 6.2 机器人的位置控制 6.2.1 直流传动系统的建模 1、传递函数与等效方框图 伺服电机的参数: Robotics 控制 6.2 机器人的位置控制 6.2.1 直流传动系统的建模 1、传递函数与等效方框图 (1)磁场型控制电机 Robotics 控制 6.2 机器人的位置控制 6.2.1 直流传动系统的建模 1、传递函数与等效方框图 Laplace变换得: Robotics 控制 6.2 机器人的位置控制 6.2.1 直流传动系统的建模 1、传递函数与等效方框图 一般可取 K=0,则有等效框图 同时,传递函数变为 Robotics 控制 6.2 机器人的位置控制 6.2.1 直流传动系统的建模 1、传递函数与等效方框图 :电气时间常数; :机械时间常数。 Robotics 控制 6.2 机器人的位置控制 6.2.1 直流传动系统的建模 1、传递函数与等效方框图 由于 ,有时可以忽略,于是 而对角速度的传递函数为: ,因为 Robotics 控制 6.2 机器人的位置控制 6.2.1 直流传动系统的建模 1、传递函数与等效方框图 (2)电枢控制型电机 Ke:产生反电势。 Robotics 控制 6.2 机器人的位置控制 6.2.1 直流传动系统的建模 1、传递函数与等效方框图 经拉氏变换、并设K=0,有 Robotics 控制 6.2 机器人的位置控制 6.2.1 直流传动系统的建模 2、直流电机的转速调整 误差信号: Robotics 控制 6.2 机器人的位置控制 6.2.1 直流传动系统的建模 2、直流电机的转速调整 比例补偿:控制输出与e(t)成比例; 微分补偿:控制输出与de(t)/dt成比例; 积分补
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