机器人小结

第一章

1.机器人的组成:操作机 驱动装置 控制系统

2.机器人的定义:是一种能自动定位控制,可重复编程的,多功能的,多自由度的操作机.能搬运材料,零件或操持工具,用以完成各种作业.

3.机器人的分类:①.按坐标形式分:直角坐标式 圆柱坐标式 球坐标式 关节坐标式 ②.按控制方式分:点位控制 连续轨迹控制 第二章

1.机器人手分为哪几类:机械夹持式手 吸附式手 专用手 灵巧手

2. 机械夹持式手分为:回转型 平移型 3吸附式手分为:气吸式 磁吸式

4.手腕的三个自由度:回转（x ），俯仰（y ）和偏摆（z ）。

5.手腕的作用:调整或改变工件的姿态(方位)，因而它有独立的自由度，已使机器人手部适应复杂的动作要求。典型的结构:（1）液压摆动缸（2）轮系机构—2自由度（诱导运动）

（2）轮系机构—2自由度（差动式）（2）轮系机构—3自由度(正交）（2）轮系机构—3自由度(正交）（2）轮系机构—3自由度(斜交）

6.机器人柔顺腕部结构:装配误差 消除方式 柔顺机构

7.手臂的作用:将抓取的工件运送到给定的空间位置上。

8.手臂的两种运动形式:平移运动 回转运动

典型的结构:（1）活塞油缸、活塞气缸（2）齿轮齿条机构（3）丝杠螺母机构（4）曲柄滑块机构（5）凸轮机构

9.机座的作用: 支承着机器人的臂部、腕部和手部及作业时工件的重量 。 分类：固定式和移动式 第三章

1.坐标变换:①齐次坐标变换矩阵(位姿矩阵)的意义: ⎥⎦

⎤

⎢

⎣⎡−→−=10

P ij R M ij

ij Rij 为方向余弦矩阵 ②单步的齐次变换矩阵：平移⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=−→−P P P z y x ij

P ⎥

⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=10

100010001P P P M z

y x ij ()⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=10

0cos sin 0sin cos ,θ

θ

θθ

θz Rot ⎥⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢

⎢⎣⎡-=10

00

0100

00cos sin 00sin cos θθθθ

M ij ③多步的齐次变换矩阵M n 0=M 01·M 02·M 03…(右乘)

④逆变换 已知M ij =⎥⎦

⎤⎢

⎣⎡−→−10ij

P ij

R

则M ji =M ij

1

-=⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣

⎡−→−-1

ij

P T

ij T ij

R R

2.建立运动学方程

⑴建立坐标系

①机座坐标系②杆件坐标系:第一种：z 轴与i+1关节轴线重合；第二种：z 轴与i 关节轴线重合。③手部坐标系

⑵确定参数 ①杆件几何参数：α,i i l ；②关节运动参数：θi

i d ,

前者为平移，后者为回转。

⑶相邻杆件的位姿矩阵

第一种：a 、Trans （0，0，di ）；b 、Rot （z ，θi ）；c 、Trans （li ，0，0）； d 、Rot （x ，αi ）。

第二种坐标系 I 、{i-1}→{i}变换过程a 、Trans （li-1，0，0）； b 、Rot （x ，αi-1）；c 、Trans （0，0，di ）；d 、Rot （z ，θi ）。 （4）建立方程 nh

1n

-n 12

01

0M M M M M h

⋅⋅=

n i q f M i h ,,2,1),(0 ==；—手的位姿—h M 0；—各个关节变量—i q

q i

=d s s i i i i ∙-+∙)1(θ；s i =1

为回转；s=0为平移； 第四章

1．动力学模型： 2．牛顿——欧拉方程法

⑴牛顿方程，欧拉方程；（2）递推算法：正向递推：已知机器人各个关节的速度和加速度→从1～n 递推出机器人每个杆件在自身坐标系中的速度和加速度→机器人每个杆件质心上的速度和加速度→再用牛顿——欧拉方程得到机器人每个杆件质心上的惯性力和惯性力矩。①杆件速度和加速度递；②杆件质心上的速度和加速度；③杆件上的惯性力和惯性力矩 反向递推：根据正向递推的结果→从n ～1递推出机器人每个关节上承受的力和力矩→得到机器人每个关节所需要的驱动力（矩）。①关节承受的力和力矩；②关节驱动力（矩） 第5章机器人控制系统

1．控制系统的两种功能：①示教再现；②运动控制；

2．控制系统的组成及各部分的作用：（1）点位控制方式——PTP ；（2）连续轨迹控制方式——CP

控制系统具体的工作过程是：工作人员利用控制键盘或示教盒输入作业指令。主控计算机接到作业指令后，首先分析解释指令，确定手的运动参数，然后进行运动学、动力学和插补运算，最后得出机器人各个关节的协调运动参数。 1、硬件

上位机（个人微机或小型计算机）的功能：

人机对话：人将作业任务给机器人，同时机器人将结

果反馈回来，即人与机器人之间的交流。

)(),()(q G q q H q q D F ++= ⎪⎪⎪

⎪⎩

⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧→⎪⎪⎩⎪⎪

⎨⎧参数变化检测外部传感器：外部环境运动状态检测内部传感器：自身关节检测传感器伺服驱动控制器下位机：单片机、运动数据存储通信数学运算人机对话型计算机上位机：个人微机、小控制器

数学运算：机器人运动学、动力学和数学插补运算。 通信功能：与下位机进行数据传送和相互交换。 数据存储：存储编制好的作业任务程序和中间数据。 下位机（单片机或运动控制器）的功能：

伺服驱动控制：接收上位机的关节运动参数信号和传感器的反馈信号，并对其进行比较，然后经过误差放大和各种补偿，最终输出关节运动所需的控制信号。 2、软件

3．示教再现控制过程及示教方式：示教方式分为；（1）集中示教方式；（2）分离示教方式。 4．运动控制的两大步骤：运动控制是指机器人手部在空间从一点移动到另一点的过程中或沿某一轨迹运动时，对其位姿、速度和加速度等运动参数的控制。 5．控制步骤：

第一步：关节运动伺服指令的生成，即将机器人手部在空间的位姿变化转换为关节变量随时间按某一规律变化的函数。这一步一般可离线完成。

第二步：关节运动的伺服控制，即采用一定的控制算法跟踪执行第一步所生成的关节运动伺服指令，这是在线完成的。

一．关节运动伺服指令的生成：（1）轨迹规划：①PTP 下的轨迹规划是在关节坐标空间进行。②CP 下的轨迹规划是在直角坐标空间进行 7．PTP 下的轨迹规划步骤：

第一步：由手的位姿得到对应关节的位移；

第二步：不同点对应关节位移之间的运动规划； 第三步：由关节运动变化计算关节驱动力（矩）。

（1）三次多项式插值运算；（2）多点的三次多项式插值运算（3）五次多项式插值运算 8．CP 下的轨迹规划

第一步：连续轨迹离散化；第二步：PTP 下的轨迹规划 二、关节运动的伺服控制

1、基于前馈和反馈的计算力矩的控制方法

2、线性多变量控制方法：

9．关节运动的伺服控制；

（1）自适应控制；（2）自学习控制

10．机器人语言分类：（1）动作应用水平分为：①动作级②对象级③任务级 （2）实际应用水平分为：①动作指示②作业指示

11.机器语言：（一）VAL 语言的指令可分为二类：程序指令和监控指令 （二）AUTOPASS 语言

⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪

⎨⎧→→→→⎩⎨⎧→→程序实时监视、故障报警等监控软件程序作业任务程序编制环境编程软件程序运动学、动力学和插补运算软件实时动作解释执行程序动作控制软件应用软件单片机、运动控制器系统初始化程序个人微机、小型计算机

计算机操作系统系统软件q C q B q A ∆⋅+∆⋅+∆⋅=∆ τ