机器人学基础 第6章 机器人传感器 蔡自兴

合集下载

机器人学基础 第5章 机器人控制 蔡自兴

机器人学基础 第5章 机器人控制 蔡自兴

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

教学课件 《人工智能基础》蔡自兴
• 启发式搜索、消解原理、不确定性推理…
– 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

机器人技术基础

《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)

机器人学第六章(机器人运动学及动力学)

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

蔡自兴 机器人学概述
环境(Environment) 环境 环境即指导机器人所处的周围环境。环 , 境不仅由几何条件(可达空间)所决定, 而且由环境和它所包含的每个事物的全 部自然特性所决定的。
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

机器人学基础机器人动力学蔡自兴课件
机器人学基础机器人 动力学蔡自兴课件
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

机器人学基础机器人轨迹规划蔡自兴课件

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
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

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.
相关文档
最新文档