机器人学基础 第6章 机器人传感器 蔡自兴
机器人学基础 第5章 机器人控制 蔡自兴
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5.1.1 Basic Control Principles
控制层次 Control Levels
1st Grade: Artificial Intelligence level 2nd Grade: Control model level 3rd Grade: Servo system-level
5.1 Basic Principles of Robot Control
10
5.1.1 Basic Control Principles
Industrial robot controller can be divided into singlejoint (link) controller and multi-joint (link) controller. Robot control depends on its "head", that the development of the processor. Various control methods can be used according to the actual working conditions.
Robot Hubo
Made in China Trained in USA
Fundamentals of Robotics
3
HUBO Robot
Hero,I’m Hubo. I am a very unique robot. The more we play the more I can do! I can play games, dance and even sing to you! Let’s be good friends!
Manipulator consists of a series of links, whose dynamic characteristics are highly non-linear. We need to build up the mathematical model to control the motor-driven manipulator. Two assumptions in the designing of model:
机器人学蔡自兴课后习题答案电子教案

机器人学蔡自兴课后习题答案其余的比较简单,大家可以自己考虑。
3. 坐标系}B {的位置变化如下:初始时,坐标系}A {与}B {重合,让坐标系}B {绕B Z 轴旋转θ角;然后再绕B X 旋转φ角。
给出把对矢量P B 的描述变为对P A描述的旋转矩阵。
解:Θ坐标系}B {相对自身坐标系(动系)的当前坐标系旋转两次,为相对变换,齐次变换顺序为依次右乘。
∴对P A 描述有 P T P BA BA = ; 其中 ),(),(φθx Rot z Rot T AB = 。
9. 图2-10a 示出摆放在坐标系中的两个相同的楔形物体。
要求把它们重新摆放在图2-10b 所示位置。
(1)用数字值给出两个描述重新摆置的变换序列,每个变换表示沿某个轴平移或绕该轴旋转。
(2)作图说明每个从右至左的变换序列。
(3)作图说明每个从左至右的变换序列。
解:(1)方法1:如图建立两个坐标系}{1111z y x o 、}{2222z y x o ,与2个楔块相固联。
图1:楔块坐标系建立(方法1)对楔块1进行的变换矩阵为:)90,()90,(1z Rot y Rot T = ; 对楔块2进行的变换矩阵为:)180,()90,()90,()4,0,3(oo 02o 2z Rot x TRot z Rot Trans T --= ;其中 ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=100001005010000102T ; 所以 :⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=10000010000101001T ;⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=10004010000121002T 对楔块2的变换步骤:① 绕自身坐标系X 轴旋转︒90; ② 绕新形成的坐标系的Z 轴旋转︒180; ③ 绕定系的Z 轴旋转︒-90; ④ 沿定系的各轴平移)4,0,3(-。
方法2:如图建立两个坐标系}{1111zyxo、}{2222zyxo与参考坐标系重合,两坐标系与2个楔块相固联。
图1:楔块坐标系建立(方法2)对楔块1进行的变换矩阵为:)90,()90,(1zRotyRotT=;对楔块2进行的变换矩阵为:)90,()180,()90,()0,0,4()9,0,2(ooo2--=zRotxRotyRotTransTransT;所以:⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=11111T;⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=1911212T。
教学课件 《人工智能基础》蔡自兴
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– 计算智能(Computational Intelligence)
• 模糊计算、神经计算、进化计算…
– 构成技术(系统与语言)
• 产生式系统、LISP语言、Prolog语言…
22
1.6 人工智能的研究和应用领域
1 问题求解与博弈
• 问题的表示、分解、搜索、归约等 • 进行复杂的数学公式符号运算求解
(W,0,W,z) climbbox (W,1,W,z)
49
• grasp猴子摘到香蕉,即有
3
1.1.2 人工智能的起源与发展
• 孕育时期(1956年前)
– 数理逻辑学科(弗雷治、维纳等 ) – 计算的新思想(丘奇、图灵等) – 拟脑机器(麦卡洛克、皮茨)
• 形成时期(1956 - 1970年)
– 1956年,第一次人工智能的研讨会 – 1969年,第一届国际人工智能联合会议 – 1970年,《人工智能》国际杂志创刊
• 有向图 • 路径 • 代价 • 图的显示说明 • 图的隐示说明
A
B
45
2.2.3 状态空间表示举例
• 产生式系统(production system) – 一个总数据库(global database) :它含有
与具体任务有关的信息随着应用情况的不同,
这些数据库可能简单,或许复杂。 – 一套规则:它对数据库进行操作运算。每条
5
1.1.2 人工智能的起源与发展
• 集成发展时期(1986年至今)
– 进一步研究AI基本原理方法和技术 – 深入渗透到其他学科和科学技术领域 – 三大学派综合集成,优势互补,共同发展
6
1.2 人工智能的各种认知观
1.2.1 人工智能的主要学派
机器人技术基础
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《机器人技术基础》课程教学大纲一、课程名称:机器人技术基础THE FOUNDATION OF ROBERT TECHNOLOGY二、课程编码:0801051三、学时与学分:32/2四、先修课程:材料成形原理计算机辅助设计与制造五、课程教学目标介绍机器人学的概况、机器人学的数学基础、机器人运动学、机器人动力学、机器人控制原则与方法、机器人在材料成型加工和焊接中的应用。
使学生基本掌握机器人技术的基本原理,及该技术在材料加工过程中的应用,了解该技术在国际上的最新发展动向。
六、适用学科专业材料加工与控制七、基本教学内容与学时安排(一)绪论及机器人学发展历史1机器人的由来2机器人的定义3机器人学的进展(二)机器人的特点、结构与分类1机器人的主要特点2机器人系统的结构3机器人的自由度4机器人的分类5基本部件6工业机器人的操作7运动控制方法(三)机器人运动学与动力学1机器人运动方程的表示2机械手运动方程的求解3 PUMA 560 机器人运动方程4机器人的雅可比公式5刚体动力学6机械手动力学方程7机器人的动态特性(四)机器人的驱动与控制1机器人的基本控制原则2机器人的智能控制3机器人传感器4视觉传感器5测距、触觉传感器6运动机器人的传感器及集成控制(五)机器人编程及软件1机器人编程要求与语言类型2机器人语言系统结构和基本功能3常用的机器人编程语言及软件4机器人的离线编程(六)工业机器人在机械加工中的应用1机器人在成型中的应用1)铣削成型机器人2)冲压成型机器人3)无模成型机器人2机器人材料成型控制系统与软件系统3机器人在焊接中的应用1)焊接机器人控制系统组成2)焊接机器人软件系统4喷漆机器人5其它应用(七)工业机器人的经济分析及社会效益(八)机器人的发展学时分配(一)机器人的发展历史:2学时(二)机器人的特点、结构与分类:2学时(三)机器人运动学和动力学:2学时(四)机器人的驱动与控制:4学时(五)机器人编程及软件:4学时(六)工业机器人在机械加工中的应用:4+6学时(七)工业机器人的经济分析及社会效益:2学时(八)机器人的发展:2学时八、教材及参考书[美]尔尼L.贺尔,贝蒂C.贺尔,《机器人学入门》,天津大学出版社,1987年11月蔡自兴著,《机器人学》,清华大学出版社,2000年9月第1版林尚扬等编著,《焊接机器人及其应用》,机械工业出版社,2000年7月第1版张福学,《机器人技术及其应用》,电子工业出版社,出版日期:2000年1月第1版九、考核方式书面考试+作业+实验。
机器人学第六章(机器人运动学及动力学)
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第六章 机器人运动学及动力学6.1 引论到现在为止我们对操作机的研究集中在仅考虑动力学上。
我们研究了静力位置、静力和速度,但我们从未考虑过产生运动所需的力。
本章中我们考虑操作机的运动方程式——由于促动器所施加的扭矩或作用在机械手上的外力所产生的操作机的运动之情况。
机构动力学是一个已经写出很多专著的领域。
的确,人们可以花费以年计的时间来研究这个领域。
显然,我们不可能包括它所应有的完整的内容。
但是,某种动力学问题的方程式似乎特别适合于操作机的应用。
特别是,那种能利用操作机的串联链性质的方法是我们研究的天然候选者。
有两个与操作机动力学有关的问题我们打算去解决。
向前的动力学问题是计算在施加一组关节扭矩时机构将怎样运动。
也就是,已知扭矩矢量τ,计算产生的操作机的运动Θ、Θ和Θ。
这个对操作机仿真有用,在逆运动学问题中,我们已知轨迹点Θ、Θ和Θ,我们欲求出所需要的关节扭矩矢量τ。
这种形式的动力学对操作机的控制问题有用。
6.2 刚体的加速度现在我们把对刚体运动的分析推广到加速度的情况。
在任一瞬时,线速度矢量和角速度矢量的导数分别称为线加速度和角加速度。
即BB Q Q BBQ Q 0V ()V ()d V V lim dt t t t t t∆→+∆-==∆ (6-1)和AA Q Q AAQ Q 0()()d lim dt t t t t t∆→Ω+∆-ΩΩ=Ω=∆ (6-2)正如速度的情况一样,当求导的参坐标架被理解为某个宇宙标架{}U 时我们将用下面的记号U A AORG V V = (6-3)和U A A ω=Ω (6-4)6.2.1 线加速度我们从描述当原点重合时从坐标架{}A 看到的矢量BQ 的速度AA B A A Q B Q B B V V BR R Q =+Ω⨯ (6-5)这个方程的左手边描述AQ 如何随时间而变化。
所以,因为原点是重合的,我们可以重写(6-5)为A AB A A B B Q B B d ()V dtB B R Q R R Q =+Ω⨯ (6-6) 这种形式的方程式当推导对应的加速度方程时特别有用。
蔡自兴 机器人学概述
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图1.1 机器人系统的基本结构
1.2 Features, Structure and Classification of Robots
7
1.1.1 History of Robotics 2002年 丹麦 iRobot 公司推出了吸尘器机器人 Roomba,它能避开障碍,自动设计行进路线,还 能在电量不足时,自动驶向充电座。Roomba是目 前世界上销量最大、最商业化的家用机器人。
1.1 Development of Robotics
Contents
Course Schedule Top 10 Robotics News of 2008 Development of Robotics Structure, Feature, and Classification of Robots Robotics and AI
Ch. 1 Introduction
“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能 力的多功能机械手,这种机械手具有几个轴,能够 借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具 和专用装置,以执行种种任务”。 ——国际标准组 织(ISO)
Definition 6
机器人(1)像人或人的上肢,并能模仿人的动作; (2)具有智力或感觉与识别能力;(3)是人造的 机器或机械电子装置。 ——中国
机器人是“貌似人的自动机,具有智力的和顺从于 人的但不具人格的机器” 。——(The Concise Oxford Dictionary, COD)
Definition 2
“A reprogrammable, multifunctional manipulator designed to move material, parts, tools, or specialized devices through various programmed motions for the performance of a variety of tasks” ——(Robotic Industries Association, RIA)
机器人学基础机器人动力学蔡自兴课件
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contents
目录
• 机器人动力学概述 • 机器人动力学建模 • 机器人运动学与动力学关系 • 机器人动力学仿真与实验验证 • 机器人动力学在智能控制中应用 • 总结与展望
01
机器人动力学概述
机器人动力学定义 01 02
机器人动力学研究内容01源自动力学建模机器人运动学与动力学关系分析
运动学方程与动力学方程的关系
运动学方程描述了机器人的运动学特性,而动力学方程描述了机器人的动态特性,两者相互关联,共同决定了机 器人的运动行为。
运动学参数对动力学性能的影响
机器人的运动学参数,如连杆长度、关节角度范围等,对机器人的动力学性能有重要影响,如惯性、刚度等。
基于运动学的机器人动力学控制策略
仿真结果展示与分析
轨迹跟踪性能
01
动态响应特性
02
关节力矩变化
03
实验验证方案设计与实施
实验平台搭建 实验参数设置 数据采集与分析
05
机器人动力学在智能控制中应用
智能控制算法在机器人动力学中应用
模糊控制
01
神经网络控制
02
遗传算法优化
03
基于深度学习的机器人动力学控制策略
深度学习模型构建 数据驱动控制 自适应控制
基于运动学的轨迹规划
基于动力学的控制策略
04
机器人动力学仿真与实验验证
机器人动力学仿真方法介绍
动力学模型建立
根据拉格朗日方程或牛顿-欧拉方程,建立机器 人的动力学模型。
仿真软件选择
选择MATLAB/Simulink、ADAMS等仿真软件 进行动力学仿真。
参数设置与初始条件
设定机器人的物理参数、运动范围、初始状态等。
机器人学基础机器人轨迹规划蔡自兴课件
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Part
02
机器人轨迹规划概述
轨迹规划的定义
轨迹规划是指根据机器人作业任务的 要求,通过一系列算法和计算,为机 器人确定从起始位置到目标位置的路 径和姿态变化过程。
轨迹规划的主要目标是确保机器人在 运动过程中安全、平稳、高效地完成 作业任务,同时避免与环境和其他物 体发生碰撞。
轨迹规划的分类
01
03
总结词:权威性强
THANKS
感谢您的观看
机器人轨迹规划的挑战与展望
面临的挑战
环境不确定性
机器人所处的环境常常具有不确 定性,如障碍物突然出现、动态 变化等,需要机器人具备快速适 应和调整的能力。
实时性要求
许多应用场景要求机器人的运动 轨迹规划具有实时性,能够快速 响应外界变化。
高精度要求
在某些应用场景中,如工业制造 、医疗手术等,机器人需要实现 高精度的轨迹跟踪和定位。
第三阶段
20世纪90年代,随着人工智能技 术的进步,机器人开始具备自主 学习和决策能力。
机器人的应用领域
工业领域
机器人广泛应用于汽车制造、电子制造、金 属加工等工业生产线上,提高生产效率和产 品质量。
服务领域
机器人可以提供各种服务,如家庭服务、餐饮服务 、医疗服务等,提高服务质量和效率。
军事领域
机器人可以用于军事侦察、排雷、攻击等任 务,提高军事行动的安全性和效率。
机器人学基础机器人 轨迹规划蔡自兴课件
• 机器人学基础概念 • 机器人轨迹规划概述 • 机器人轨迹规划技术 • 机器人轨迹规划的应用实例 • 机器人轨迹规划的挑战与展望 • 参考文献
目录
Part
01
机器人学基础概念
机器人的定义与分类
机器人学基础 第6章 机器人传感器 蔡自兴
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L(2e E ) x E
6.2 Internal Sensors
8
2. Rotary encoder
A rotary encoder, also called a shaft encoder, is an electromechanical device that converts the angular position of a shaft or axle to an analog or digital code, making it an angle transducer.
6.1 Introduction to Robot Sensors
3
6.1.1 Classification of Robot Sensors Robot sensors can be divided into two main categories: Internal state
Detect position and orientation in the coordinate of the robot itself, deal with the detection of variables such as arm joint position, velocity, and acceleration.
Compound Force: detect forces along multiple directions.
Proximity: non-contact detection of objects. Simple Vision: detect feature such as holes, lines, and corners. Compound Vision: recognition of object.
(完整版)机器人学蔡自兴课后习题答案
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其余的比较简单,大家可以自己考虑。
3. 坐标系}B {的位置变化如下:初始时,坐标系}A {与}B {重合,让坐标系}B {绕B Z 轴旋转θ角;然后再绕B X 旋转φ角。
给出把对矢量P B 的描述变为对P A描述的旋转矩阵。
解: 坐标系}B {相对自身坐标系(动系)的当前坐标系旋转两次,为相对变换,齐次变换顺序为依次右乘。
∴对P A 描述有 P T P BA B A = ;其中 ),(),(φθx Rot z Rot T AB = 。
9. 图2-10a 示出摆放在坐标系中的两个相同的楔形物体。
要求把它们重新摆放在图2-10b 所示位置。
(1)用数字值给出两个描述重新摆置的变换序列,每个变换表示沿某个轴平移或绕该轴旋转。
(2)作图说明每个从右至左的变换序列。
(3)作图说明每个从左至右的变换序列。
解:(1)方法1:如图建立两个坐标系}{1111z y x o 、}{2222z y x o ,与2个楔块相固联。
图1:楔块坐标系建立(方法1)对楔块1进行的变换矩阵为:)90,()90,(1z Rot y Rot T = ;对楔块2进行的变换矩阵为:)180,()90,()90,()4,0,3(oo 02o 2z Rot x TRot z Rot Trans T --= ;其中 ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=100001005010000102T ; 所以 :⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=10000010000101001T ;⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=10004010000121002T 对楔块2的变换步骤:① 绕自身坐标系X 轴旋转︒90; ② 绕新形成的坐标系的Z 轴旋转︒180; ③ 绕定系的Z 轴旋转︒-90; ④ 沿定系的各轴平移)4,0,3(-。
方法2:如图建立两个坐标系}{1111z y x o 、}{2222z y x o 与参考坐标系重合,两坐标系与2个楔块相固联。
图1:楔块坐标系建立(方法2)对楔块1进行的变换矩阵为:)90,()90,(1z Rot y Rot T = ; 对楔块2进行的变换矩阵为:)90,()180,()90,()0,0,4()9,0,2(o o o 2--=z Rot x Rot y Rot Trans Trans T ;所以 :⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=10000010000101001T ;⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=10009010000121002T 。
机器人学基础第1章绪论蔡自兴
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*
机器人学基础 Fundamentals of Robotics
单击此处添加副标题
智能科学基础系列课程国家级教学团队 “机器人学” 课程 主讲:蔡自兴 谢斌 中南大学 2010
*
Ch. 1 Introduction
单击添加标题
02.
单击添加标题
3
This is the first time for China's underwater robots to carry out experiment at high latitudes. It will provide a larger content of continuous, real-time ice observation techniques.
This new robot "seiko" is 50cm high, 5kg weight, designed to look like a little girl.
Washing robot confirms the shape and location of the tableware through a camera installed in the ceiling roof, and sorts out all tableware with the help of sensors equipped in the palm.
01
02
Some idiotic scientists at Reading University have developed a robot that is controlled by rat brain cells. The neurons are now being taught to steer the robot around obstacles and avoid the walls of the small pen in which it is kept. By studying what happens to the neurons as they learn its creators hope to reveal how memories are laid down.
机器人学基础绪论蔡自兴课件
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服务机器人应用与发展趋势
总结词
服务机器人在餐饮、酒店、医疗等领域的应用日益增多,提高服务质量、降低人力成本,未来发展趋 势为多样化、智能化、人性化。
详细描述
服务机器人主要应用于餐饮、酒店、医疗等领域,能够提供送餐、接待、导诊等服务。随着技术的不 断进步,服务机器人的应用场景也将不断拓展。未来,服务机器人将朝着更多样化、智能化和人性化 的方向发展,能够更好地满足人们的需求,提高服务质量和效率。
机器人实时控制系统的实现方法
针对不同类型机器人的实时控制策略:轮式、足式、机 械臂等
05
机器人应用与发展趋势
工业机器人应用与发展趋势
总结词
工业机器人在制造业中的应用广泛,可提高生产效率、降低人工成本,未来发展趋势为智能化、柔性化、协同化。
详细描述
工业机器人主要应用于生产线自动化、物料搬运、仓储管理等场景。在汽车制造、机械加工、电子产品制造等行 业中,工业机器人的应用尤为突出。未来,随着技术的不断进步,工业机器人将朝着更智能化、柔性化和协同化 的方向发展,能够适应更多复杂生产环境和生产需求。
03
机器人感知与感知技术
机器人感知概述
感知
机器人通过传感器获取环境信 息,并对信息进行处理以实现
决策和控制。
感知系统
由多种传感器组成,如视觉、听觉、 触觉等,实现对外界环境的感知。
感知技术发展
随着技术的不断发展,感知系统越 来越复杂,对机器人的控制精度和 适应能力的要求也越来越高。
机器视觉
定义 机器视觉是通过图像传感器获取环境图像,并对图像进行处理 以实现决策和控制的技术。
航空航天
在航空航天领域,机器人可以 执行危险或者高精度任务,提 高工作效率和安全性。
ch6 Robot Sensors
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中南大学智能科学与技术系
Department of Intelligence Science and Technology, IST
6
中南大学智能科学与技术系
Department of Intelligence Science and Technology, IST
7
6.1 Introduction to Robot Sensors
Detect position and orientation in the coordinate of the robot itself, deal with the detection of variables such as arm joint position, velocity, and acceleration.
机器人学导论
第六章 机器人传感器
Introduction to Robotics
Ch 6. Robot Sensors
中南大学 蔡自兴 谢 斌
zxcai@
2014
中南大学智能科学与技术系
Department of Intelligence Science and Technology, IST
Trajectory Planning
Task Planning
Instruction
中南大学智能科学与技术系
Department of Intelligence Science and Technology, IST
8
6.1.1 Classification of Robot Sensors
Robot sensors can be divided into two main categories: Internal state
机器人学蔡自兴答案
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机器人学蔡自兴答案【篇一:机器人学导论复习题及参考答案新】lass=txt>机器人学导论一、名词解释题:二、简答题:1.机器人学主要包含哪些研究内容?2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些?3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义?4.机器人控制系统的基本单元有哪些?三、论述题:1.试论述机器人技术的发展趋势。
2.试论述精度、重复精度与分辨率之间的关系。
4.试论述机器人静力学、动力学、运动学的关系。
四、计算题:(需写出计算步骤,无计算步骤不能得分):位得到点t。
求u, v, w, t各点的齐次坐标。
2.如图所示为具有三个旋转关节的3r机械手,求末端机械手在基坐标系{x0,y0}下的运动学方程。
11pfx?0??5.如图所示的两自由度机械手,手部沿固定坐标系在手上x0轴正向以1.0m/s的速度移动,杆长可比矩阵为??l1s?1?l2s12j???l1c?1?l2c12?l2s12?? l2c12?26.如图所示的三自由度机械手(两个旋转关节加一个平移关节,简称rpr机械手),求末端机械手的运动学方程。
参考答案一、名词解释题:二、简答题:1.答:机器人研究的基础内容有以下几方面:(1) 空间机构学;(2)机器人运动学;(3) 机器人静力学;(4)机器人动力学;(5)机器人控制技术;(6)机器人传感器;(7)机器人语言。
2.答:目前常用的有如下几种形式:(1)横梁式。
机身设计成横梁式,用于悬挂手臂部件,具有占地面积小,能有效地利用空间,直观等优点。
(2)立柱式。
多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式,一般臂部都可在水平面内回转,具有占地面积小而工作范围大的特点。
(3)机座式。
可以是独立的、自成系统的完整装置,可随意安放和搬动。
也可以具有行走机构,如沿地面上的专用轨道移动,以扩大其活动范围。
(4)屈伸式。
臂部由大小臂组成,大小臂间有相对运动,称为屈伸臂,可以实现平面运动,也可以作空间运动。
机器人学基础机器人运动学蔡自兴课件
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02
机器人运动学基础
位置与姿态描述
总结词
描述机器人在空间中的位置和姿 态是机器人运动学的基础,需要 使用数学工具进行精确表示。
详细描述
机器人的位置可以使用三维坐标 来表示,而姿态则包括旋转和平 移两部分,可以用四元数、欧拉 角或旋转矩阵等方式进行描述。
坐标系及其变换
总结词
为了描述机器人在不同坐标系下的位置和姿态,需要理解坐标系及其之间的变 换关系。
详细描述
机器人通常有全局坐标系和局部坐标系,它们之间的关系可以通过平移和旋转 来描述。此外,还需要理解齐次变换矩阵和四元数在坐标变换中的应用。
运动学方程与轨迹规划
总结词
运动学方程是描述机器人关节运动与末端执行器运动之间关系的数学模型,而轨 迹规划则是根据任务需求制定机器人运动路径的过程。
详细描述
根据机器人关节的几何关系和关节速度,可以建立运动学方程。而轨迹规划则涉 及到时间、速度和加速度的规划,需要考虑机器人的动态特性和运动约束。
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运动学方程
通过建立连杆坐标系和关 节变量,可以推导出三连 杆机器人的运动学方程。
运动学分析
分析机器人的可达工作空 间、速度和加速度等运动 学特性。
机器人的雅可比矩阵
定义
雅可比矩阵描述了机器人的末端 执行器与关节变量之间的速度关
系。
计算方法
通过微分运动学方程,可以计算出 机器人的雅可比矩阵。
应用
雅可比矩阵在机器人控制、轨迹规 划和动力学分析等方面有广泛应用 。
效率。
旅游导览
02
服务机器人具备智能语音交互功能,为游客提供导览和讲解服
务。
家政服务
03
机器人学蔡自兴课后习题答案
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其余的比较简单,大家可以自己考虑。
3. 坐标系{B}的位置变化如下:初始时,坐标系{A}与{B}重合,让坐标系{B}绕描述AB的描述变为对PZ轴旋转角;然后再绕X B旋转角。
给出把对矢量PB的旋转矩阵。
解:坐标系{B}相对自身坐标系(动系)的当前坐标系旋转两次,为相对变换,齐次变换顺序为依次右乘。
A;对P A A B描述有P T PBA其中T Rot(z,)Rot(x,)B。
9. 图2-10a 示出摆放在坐标系中的两个相同的楔形物体。
要求把它们重新摆放在图2-10b 所示位置。
(1)用数字值给出两个描述重新摆置的变换序列,每个变换表示沿某个轴平移或绕该轴旋转。
(2)作图说明每个从右至左的变换序列。
(3)作图说明每个从左至右的变换序列。
解:(1)方法1:如图建立两个坐标系{1x y z}o2x y z,与2个楔块相固联。
o、{}111222图1:楔块坐标系建立(方法1)对楔块1进行的变换矩阵为:T1Rot(y,90)Rot(z,90);对楔块2进行的变换矩阵为:o0o o T2Trans(3,0,4)Rot(z,90)TRot(x,90)Rot(z,180);21000其中01052T;0010000100100012所以:1000T;10100T2114 00010001对楔块2的变换步骤:①绕自身坐标系X轴旋转90;②绕新形成的坐标系的Z轴旋转180;③绕定系的Z轴旋转90;④沿定系的各轴平移(3,0,4)。
方法2:如图建立两个坐标系{o1x y z}、{o2x2y2z2}与参考坐标系重合,两坐标系111与2个楔块相固联。
图1:楔块坐标系建立(方法2)对楔块1进行的变换矩阵为:T1Rot(y,90)Rot(z,90);对楔块2进行的变换矩阵为:o o oT2Trans(2,0,9)Trans(4,0,0)Rot(y,90)Rot(x,180)Rot(z,90);00100012所以:1000T;101001000T。
第6章_机器人传感器
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6.1 机器人传感器的特点与分类
8
6.2 内传感器
机器人内传感器以其自己的坐标系统确定 其位置。内传感器一般装在机器人机械手 上,而不是安装在周围环境中。
机器人内传感器包括位移(位置)传感器、 速度和加速度传感器、力传感器以及应力 传感器等。
第六章 机器人传感器
9
6.2.1 位移(位置)传感器
位移传感器种类繁多。图6.2列出现有的各种位 移传感器。
机器人学基础
2
6.1 机器人传感器的特点与分类
应用传感器进行定位和控制,能够克服机 械定位的弊端。在机器人上使用传感器不 但是必要的,而且也是十分有效的,它对 自动加工以至整个自动化生产具有十分重 要的意义。
第六章 机器人传感器
3
6.1.1 机器人传感器的特点与分类
机器人的感觉顺序与策略 机器人感觉顺序分两步进行,见图6.1。
图6.2 位移传感器的类型
6.2 内传感器 10
6.2.1 位移(位置)传感器
位移传感器要检测的位移可为直线移动,也可为 角转动。 直线移动传感器
电位计式传感器 最常见的是直线式电位计,有两种不同类型,一为 绕线式电位计,另一为塑料膜电位计。 电位计的作用原理:当负载电阻为无穷大时,电位 计的输出电压U2与电位计两段的电阻成比例,即
6.2.1 位移(位置)传感器
12
6.2.1 位移(位置)传感器
角位移传感器
电位计式传感器 最常见的角位移传感器是旋转电位计,其作用原理 与直线式电位计一样,且具有很高的线性度。见图 6.3。 可调变压器 旋转式可调变压器的工作原理和技术,与平移式可 调变压器相似。图6.4表示出这种变压器的两个线圈。 其中,大线圈固定不动,而小线圈放在大线圈内, 并能绕与图面垂直的轴旋转。
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Compound Force: detect forces along multiple directions.
Proximity: non-contact detection of objects. Simple Vision: detect feature such as holes, lines, and corners. Compound Vision: recognition of object.
6.1 Introduction to Robot Sensors
5
6.1 Introduction to Robot Sensors 6.2 Internal Sensors(内部传感器)
6.3 External Sensors(外部传感器)
6.4 Robot Sensor Application Considerations
4
6.1.1 Classification of Robot Sensors Most needed sensory abilities for robot:
Simple Touch: detect whether the object is there or not. Compound Touch: detect the size and shape of the object. Simple Force: detect force along one direction.
6.2 Internal Sensors
13
2.Relative Angle Sensor
In this approach, no matter the clockwise (CW) rotation, or counter-clockwise (CCW) rotation, output of the sensing light always alternate between H and L, so we can not get the direction of rotation.
6.2 Internal Sensors
14
2.Relative Angle Sensor
Adding another sensor (B) 1/4 cycle away from sensor A. Typically, when clockwise (CW) rotation, signal A changes before B, vice versa.
a)光电位置传感器
b) 感光量曲线
6.2 Internal Sensors
10
6.2.2 Angle Sensors
1.Absolute Optical Angle Sensor For example, resolution of a 12 bit encoder is 2-12 = 4096, so we have光学式绝对型旋转编码器 a round of 360 degrees). a resolution of 1 / 4096 (for
6.1 Introduction to Robot Sensors
3
6.1.1 Classification of Robot Sensors Robot sensors can be divided into two main categories: Internal state
Detect position and orientation in the coordinate of the robot itself, deal with the detection of variables such as arm joint position, velocity, and acceleration.
6.2 Internal Sensors
16
1.Gyro Sensor 陀螺仪 A gyroscope is a device for measuring or maintaining orientation, based on the principles of conservation of angular momentum.
Environment
Camera 1
Camera 2
Ultrasonic
InfraRed
ForБайду номын сангаасe Sensor
Tactile Sensor
Stereo Vision
Landmark Detection
Obstacle Detection
Target Detection
Natural Object Recognition
Shown right is a rate gyro.
1—电动机2—角度传感器3—转子4一弹簧
6.2 Internal Sensors
17
2.Other Gyros
gas rate gyroscope 气体速率陀螺仪 optical gyroscope 光陀螺仪 piezoelectric vibratory gyroscope 压电振动式陀螺 (shown on the right)
6.2 Internal Sensors
11
1.Absolute Optical Angle Sensor Absolute rotary encoders can also be used to detect angular velocity. By comparing current value and stored values, we can obtain the corresponding angular velocity.
6.2 Internal Sensors
15
6.2.3 Attitude Sensors 姿态传感器
Attitude sensors are used to detect the relative relationship between the robot and ground. When the robot is fixed (just as the majority of industrial robot), there is no need to install such sensors. Attitude sensors are essential for mobile robots. Attitude sensors detect moving changes in position and orientation of the robot that can be used to control the robot implement desired instruction.
External state
Localize the robot to the environment, deal with the detection of variables such range, proximity, and touch.
6.1 Introduction to Robot Sensors
a) 导电塑料型
b) 线圈型
6.2 Internal Sensors
9
3. Electro-optical Position Sensor
Find the relationship between the distance and the received light volume (shows in Fig. b) in advance, we can measure the displacement x of the light source.
Fusion
Internal Sensor
Sensory Ability
Environmental Model
Localization
Obstacle Avoidance
Operation Planning
Learning
Trajectory Planning
Task Planning
Instruction
6.5 Summary
Ch.6 Robot Sensors
6
6.2 Internal Sensors
6.2.1 Position/Displacement Sensors 位置传感器
A position sensor is any idea that permits position measurement. It can either be an absolute position sensor or a relative one (displacement sensor). Position sensors can be either linear or angular. Inductive Non-Contact Position Sensors, String Potentiometer, Linear variable differential transformer (LVDT) , Potentiometer, Capacitive transducer, Hall effect sensor, Proximity sensor (optical), Grating sensor, Rotary encoder (angular), Photodiode array, etc.
6.2 Internal Sensors
7
6.2.1 Displacement/Position Sensors 1. Linear Potentiometer 线性电位计
Consists of a wirewound resistor (or a thin film resistor), and a sliding contact point.