移动机器人自主控制理论与技术(沈林成[等]主编)思维导图
机器人控制运动学、控制器设计、人机交互与应用实例
《机器人控制运动学、控制器设计、人机交互与应用实例》这本书是一本非常 全面且实用的书籍。它不仅介绍了机器人控制技术的基本原理和方法，还通过 多个具体的案例来展示了机器人控制技术的应用场景和效果。通过阅读这本书， 我深刻理解了机器人控制技术的核心思想和实际应用价值，也为我未来的学习 和研究提供了重要的参考和指导。
阅读感受
《机器人控制运动学、控制器设计、人机交互与应用实例》读后感
最近，我阅读了一本关于机器人控制的书籍，名为《机器人控制运动学、控制 器设计、人机交互与应用实例》。这本书的内容非常丰富，涵盖了机器人控制 技术的多个方面，包括运动学、控制器设计、人机交互以及应用实例。
让我谈谈这本书的运动学部分。这部分内容非常详细，深入浅出地介绍了机器 人运动学的基本原理和计算方法。通过阅读这部分内容，我深刻理解了机器人 末端执行器在机器人坐标系中的位置和姿态的描述方法，以及如何通过运动学 方程来描述机器人的运动。书中还介绍了一些常见的机器人运动学模型，如 PTP模型、CP模型等，这些模型对于机器人的路径规划和轨迹生成具有重要的 意义。
第六章至第八章介绍了人机交互的相关内容。包括人机交互的定义、分类、交 互方式以及交互设计等。这些内容有助于读者了解机器人与人类之间的交互方 式，提高机器人的智能化水平。
第九章至第十二章介绍了机器人在各个领域的应用实例。包括工业机器人、服 务机器人、医疗机器人等。这些章节的内容展示了机器人在实际应用中的优势 和潜力，为读者提供了丰富的案例参考。
书中还介绍了一些常见的人机交互应用场景，如智能家居、医疗护理等，这些 场景对于展示机器人技术的实际应用具有重要的意义。
最后是应用实例部分。这部分内容通过多个具体的案例来展示了机器人控制技 术的应用场景和效果。其中，我最为感兴趣的是医疗护理方面的应用案例。通 过阅读这部分内容，我深入了解了如何将机器人控制技术应用于医疗护理领域， 如康复训练、远程手术等。这些应用案例不仅展示了机器人控制技术的实际应 用价值，也为我们未来的机器人技术发展提供了新的思路和方向。
《机器人控制》PPT课件
同样可得活塞位移X与配油器输入信号（位移误 差信号）U间的关系为：
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5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例 2．电一液压伺服控制系统
据式（5.5）、（5.6）和图5.4可得系统的传递 函数:
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5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例 2．电一液压伺服控制系统 当采用力矩电动机作为位移给定元件时
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5.2 机器人的位置控制
机器人为连杆式机械手，其动态特性具有高度的非线性。 要控制这种由马达驱动的操作机器人，用适当的数学方 程式来表示其运动是十分重要的。这种数学表达式就是 数学模型，或简称模型。控制机器人运动的计算机，运 用这种数学模型来预测和控制将要进行的运动过程。
式中，1很小而又可以忽略时
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5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例
3．滑阀控制液压传动系统 图5．5表示出一个简单的滑阀控制液压传动系统 的结构框图。其中所用的控制阀为四通滑阀。
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5.l机器人的基本控制原则
5.1.2伺服控制系统举例 3．滑阀控制液压传动系统
5.1.2伺服控制系统举例
3．滑阀控制液压传动系统
式中，c＝k1n为闭环系统的自然角振荡频率；
c k1 为闭环系统的阻尼系数：2 1 为k1闭环系统
的第二时间常数；另一时间常数为1。
式（5.25）即为所求闭环系统的传递函数。从此式 可见，此闭环系统为一等价三阶系统。我们往往把 它简化为一个一阶环节与一个二阶环节串联的系统。 这样，便于对系统进行分析与研究。
13
PID控制器参数整定的一般规律
移动机器人迭代学习控制
线速度 p k
p k
yd k
d k
yd k
Pd k
O
式（3-1）可写为
xp k
xd k
x
（3-2）
图1
移动机器人运动示意图
q k 1 q(k ) B(q(k ), k )u p k
2
其中
cos p k 0 B(q(k ), k ) T sin p k 0 0 1
2、
数学基础
Rn 代表 N 维欧式空间，定义向量范数为
|| z || zT z
1/2
（2-1）
式中， z R n 。
C R pm 为 p m 阶实数矩阵，定义矩阵范数为
|| C || max CT C
式中， max 为矩阵的最大特征值。
（2-2）
z d zi ， z q, u, y ，定义 范数为 取 N 1, , n ， z
T
考虑迭代过程，由式（3-6）和式（3-7）可得
qi k 1 qi (k ) B(qi (k ), k )ui k +βi(k )
ψi (k)= qi (k ) γi (k )
（3-8） （3-9）
3
式中， i 为迭代次数， k 为离散时间， k 1, , n 。 qi (k ) ， ui k ， y i (k) ， βi(k )，
q k 1 q(k ) B(q(k ), k )u k +β (k )
y(k)= q(k ) γ (k )
T
（3-6） （3-7）
式中， β(k )为状态干扰， γ (k ) 为测量噪声， y(k) = x k ， y k， k 为系统 输出， u k k , k 为控制输入。
移动机器人控制系统设计
一、绪论（一)引言移动机器人技术是一门多科学交叉及综合的高新技术,是机器人研究领域的一个重要分支，它涉及诸多的学科,包括材料力学、机械传动、机械制造、动力学、运动学、控制论、电气工程、自动控制理论、计算机技术、生物、伦理学等诸多方面。
第一台工业机器人于20世纪60年代初在美国新泽西州的通用汽车制造厂安装使用。
该产品在20世纪60年代出口到日本，从20世纪80年代中期起，对工业机器人的研究与应用在日本迅速发展并步入了黄金时代。
与此同时，移动机器人的研究工作也进入了快速发展阶段。
移动机器人按其控制方式的不同可以分为遥控式、半自动式和自主式三种；按其工作环境的不同可以分为户外移动机器人和室内机器人两种。
自主式移动机器人可以在没有人共干预或极少人共干预的条件下，在一定的环境中有目的的移动和完成指定的任务。
自主式移动机器人是一个组成及结构非常复杂的系统，具有加速、减速、前进、后退以及转弯灯功能，并具有任务分析，路径规划,导航检测和信息融合，自主决策等类似人类活动的人工智能。
（二）移动机器人的主要研究方向1.体系结构技术1)分布式体系结构分布式体系结构【1。
2.3】是多智能体技术在移动机器人研究领域的应用。
智能体是指具有各自的输入、输出端口，独立的局部问题求解能力，同时可以彼此通过协商协作求解单个或多个全局问题的系统。
移动机器人系统，特别是具有高度自组织和自适应能力的系统，它们的内部功能模块与智能体相仿，因此可以应用多智能体技术来分析和设计移动机器人系统的结构，实现系统整体的灵活性和高智能性。
在分布式体系结构中，各个功能模块具有不同的输入输出对象和自身的不同功能，并行各工作，整个系统通过一个调度器实现整体的协调，包括制定总体目标、任务分配、运动协调和冲突消解等。
2）进化控制体系结构面对任务的复杂性和环境的不确定性以及动态特性，移动机器人系统应该具有主动学习和自适应的能力。
将进化控制的思想融入到移动机器人体系结构的设计中，使得系统哎具备较高反应速度大的同时,也具备高性能的学习和适应能力。
《机器人控制》课件
描述机器人轨迹规划的方法和步骤。
详细描述
介绍机器人轨迹规划的定义、目的和意义，以及基于时间、基于距离、基于加速 度等轨迹规划方法，并给出相应的规划步骤和实例。
04
机器人控制算法
基于规则的控制算法
基础且常用
基于规则的控制算法是机器人控制中最为基础和常用的算法之一。它根据预先设 定的规则或逻辑，对机器人的运动进行控制。这种算法通常比较简单，易于实现 ，适合于一些简单的、确定性强的任务。
详细描述
介绍机器人运动学的定义、研究内容 、坐标系建立、运动学方程的建立等 基本概念，以及正运动学和逆运动学 的求解方法。
机器人动力学基础
总结词
描述机器人动力学的基础概念和原理。
详细描述
介绍机器人动力学的基本概念，如牛顿-欧拉方程、拉格朗日方程等，以及机器 人在各种运动状态下的动力学特性。
机器人轨迹规划
服务机器人应用实例
家庭服务
服务机器人进入家庭，提 供清洁、烹饪、照看老人 和儿童等服务，提高家庭 生活质量。
医疗护理
服务机器人在医疗护理领 域协助医生诊断、护理病 人，提高医疗服务水平。
旅游导览
服务机器人在旅游景区提 供导览服务，为游客提供 详细的信息和便利的导航 。
特种机器人应用实例
深海探测
特种机器人潜入深海进行资源勘探、海洋生物研 究等，拓展人类对海洋的认识。
《机器人控制》ppt课件
• 机器人控制概述 • 机器人感知与决策 • 机器人运动控制 • 机器人控制算法 • 机器人应用实例
01
机器人控制概述
机器人控制的基本概念
机器人控制
控制系统的目标
指通过预设的算法或指令，使机器人 按照要求完成一系列动作或任务的过 程杂、精确的 任务。
机器人控制 ppt课件
ppt课件 26
6.2 机器人的位置控制
6.2.3 单关节位置控制器
2、单关节控制器的传递函数
ppt课件 27
6.2 机器人的位置控制
6.2.3 单关节位置控制器
2、单关节控制器的传递函数
其开环传递函数为：
s (s)
E(s)
s
Lm Js2
(Rm J
K KI
LmB)s
(Rm B
m(s)
km
Vf (s) s(rf l f s)(Js F )
km
1
k0
rf F s(1 l f s)(1 J s) s(1 es)(1 ms)
rf
F
e ：电气时间常数；
：机械时间常数。
m
ppt课件
14
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
ppt课件 2
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
ppt课件 3
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
ppt课件
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6.2 机器人的位置控制
6.2.3 单关节位置控制器
3、控制参数确定与稳态误差
（1）K / K1 的确定
由上述闭环传递函数，得控制系统的特征方程为：
Rm Js2 (Rm B K I ke K I K1Kt )s K K I 0
深度剖析机器人的大脑——控制架构
深度剖析机器人的大脑——控制架构如果说驱动子系统是机器人的肌肉，能源子系统是机器人的心脏，那么控制和决策子系统就是机器人的大脑。
这是机器人最重要、最复杂的一个子系统。
机器人是一种高度复杂的自动化装置。
其控制子系统也是直接来源于自动化领域的其他应用，例如工厂自动化领域中所用到的处理器、电路以及标准。
本章仅仅列举并对比了几种常见的、典型的控制系统拓扑结构，然后分析了几个典型的机器人控制子系统的构成，特别是详细说明了“创意之星”机器人的控制架构。
几种典型的机器人控制架构(ARCHITECHURE)这里我们不讨论传统的工业机器人，主要关注的是自主移动机器人、仿生机器人等新形态的机器人。
通常，机器人的架构是指如何把感知、建模、规划、决策、行动等多种模块有机地结合起来，从而在动态环境中，完成目标任务的一个或多个机器人的结构框架。
总的说来，当前自主机器人的控制架构可分为下述几类：1. 程控架构，又称规划式架构，即根据给定初始状态和目标状态规划器给出一个行为动作的序列，按部就班地执行。
较复杂的程控模型也会根据传感器的反馈对控制策略进行调整，例如在程序的序列中采用“条件判断+跳转”这样的方法。
2. 包容式架构和基于行为的控制模型，又称为反应式模型，复杂任务被分解成为一系列相对简单的具体特定行为，这些行为均基于传感器信息并针对综合目标的一个方面进行控制。
基于行为的机器人系统对周围环境的变化能作出快速的响应，实时性好，但它没有对任务做出全局规划，因而不能保证目标的实现是最优的。
3. 混合式架构，是规划和基于行为的集成体系，不仅对环境的变化敏感，而且能确保目标的实现效率。
通常混合式架构有两种模式：一种模式是，决策系统的大框架是基于规划的，在遇到动态情况时再由行为模型主导；另一种模式是，决策系统的大框架基于行为，在具体某些行为中采用规划模型。
总之，混合式架构的设计目的是尽可能综合程控架构和包容式架构的优点，避免其缺点。
下面几小节对以上三种架构进行初步的讨论。
《机器人控制方法》课件
详细描述
随着传感器、计算机和人工智能技术的不断 发展，机器人自主性得到了极大的提升。自 主机器人能够自主导航、识别和适应环境变 化，独立完成各种复杂任务。自主性是未来 机器人控制发展的重要方向之一。
适应性
要点一
总结词
适应性是指机器人能够根据不同的任务和环境变化进行自 我调整的能力。
要点二
详细描述
机器人适应性是实现机器人智能化的关键因素之一。通过 适应性控制技术，机器人能够根据不同的任务需求和环境 变化，自我调整参数、优化决策，以适应各种复杂情况。 提高机器人的适应性有助于提高其工作效率和应对各种突 发情况的能力。
根据控制方式分类
可以分为开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统简单、可靠，但精度较低；闭环控 制系统精度高，但实现较为复杂。
根据控制对象分类
可以分为机械臂控制系统、移动机器人控制系统等。机械臂控制系统主要针对关节型或直 线型机械臂的控制；移动机器人控制系统主要针对能够自主移动的机器人进行控制。
根据应用领域分类
机器人控制技术应用于手术室，实现微创、精准 的手术操作，降低手术风险。
康复机器人
康复机器人辅助患者进行康复训练，提高康复效 果，减轻医护人员工作负担。
护理机器人
护理机器人用于病患照料和药物管理等工作，提 高护理质量和效率。
军事领域
01
02
03
无人机控制
无人机控制技术用于侦察 、攻击和通信中继等任务 ，提高作战效率和战场生 存能力。
总结词
人机交互性是指机器人能够与人类进行自然、友好交互的能力。
详细描述
随着人机交互技术的发展，机器人的人机交互能力得到了显著提升。人机交互性强调机 器人的友好性和智能性，使人类能够更加自然、直观地与机器人进行交互，从而提高工 作效率和用户体验。同时，人机交互技术的发展也有助于机器人更好地融入人类社会，
智能机器人
6.3.1 ORB-SLAM2 6.3.2 LSD-SLAM 6.3.3 RGB-D SLAM
6.4.1回环检测 6.4.2语义地图 6.4.3三维重建 6.4.4人脸识别
7.1 NLP概述
本章学习目标
7.2 NLP的深度学 习模型和方法
7.3机器人语音技术 AIUI开放平台
7.4机器人语音解决 方案与应用实践
9.5.1综合开发流程 9.5.2综合应用需求 9.5.3综合应用的设计与集成 9.5.4综合应用的测试与发布
作者介绍
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读书笔记
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精彩摘录
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5
2.4机器人操 作系统
2.5本章小结
2.6习题
2.1.1坐标系与位姿 2.1.2二维位姿 2.1.3三维位姿 2.1.4平移与旋转
2.2.1机器人传感器的特性 2.2.2内部传感器 2.2.3外部传感器
2.3.1有线通信 2.3.2无线通信
2.4.1 ROS基础 2.4.2 ROS应用
3.1机器人定位技 术
9.1.1应用开发平台 9.1.2应用开发环境的搭建与配置 9.1.3智能应用的开发、编译与调试
9.2.1语音合成能力集成 9.2.2语音识别与语义理解能力集成 9.2.3语义交互综合应用实践
9.3.1机器人地图的构建与导航点位 9.3.2机器人底盘移动能力集成 9.3.3智能导航应用
9.4.1人脸识别能力集成 9.4.2 “人证合一”应用的实现
智能机器人
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
演示文稿机器人控制技术课件
检测传感器
内部传感器：自身关节 外部传感器：外部环境
运动状态检测 参数变化检测
第12页，共128页。
1.1 引言
1.1.4 机器人控制系统
机器人控制系统的组成
1、硬件——单片机应用
第13页，共128页。
1.1 引言
1.1.4 机器人控制系统
机器人控制系统的组成
1、硬件——运动控制器介绍
运动控制器核
手部在作业空间中的位姿，要求其严格的按照预定的路径和速度在 一定的精度范围内运动。
这种控制方式的主要技术指标机器人手部位姿的轨迹跟踪精
度及平稳性。
通常弧焊、喷漆、去毛边和检测作业的机器人都采用这 种控制方式。
有的机器人在设计控制系统时，上述两种控制方式都 具有，如对进行装配作业的机器人的控制等。
第5页，共128页。
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。
由机器人运动学可知，机器人手部的运动是由各个关节的运动
引起的，所以控制机器人手部的运动实际上是通过控制机器 人各个关节的运动实现的。
第25页，共128页。
作业任务
1.3 运动控制
手的运动
运动学 关节位移、 动力学 关节驱动力 逆解 速度、加速度 正解 （矩）
1.2 示教再现控制 1.2.2 记忆过程
示教 关节产生运动 检测 传感装置 转换 变换装置
存储器 保存 控制系统
1、记忆速度
取决于传感器的检测速度、变换装置的转换速度和控 制系统存储器的存储速度。
2、记忆容量 取决于控制系统存储器的容量。
第24页，共128页。
1.3 运动控制
机器人的运动控制是指机器人手部在空间从一点移动到另一点的
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第四章根轨 迹法-2
自动控制原 理第三章作
业2
自动控制原 理第四章作
业
自动控制原 理第三章作
业1
自动控制原 理第三章作
业1
自动控制原 理第三章作
业2
默认章
第四章随堂测试
1
第五章频率分析
法.ppt[兼容模
6
式][修复的]
自动控制原理随堂测 试
5
第五章频率分析
2
法.ppt[兼容模
式][修复的]
3
自动控制原理随堂测 试
自动控制原理第二章作业 3
第三章时域分析 法.ppt[兼容模式][修复的]
默认章
1 2 3 4 5 6
第二章控制系统的数学模 型
第二章控制系统的数学模 型
自动控制原理第二章作业 3
默认章
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自动控制原理思维导图
演讲人
2 0 2 x - 11 - 11
01 默认章
默认章
0 1
自动控制原理 第一章作业
0 4
自动控制原理 第二章作业1
0 2
自动控制原理 第一章作业
0 5
自动控制原理 第二章作业1
0 3
0引言
0 6
第一章作业参 考答案
自动控制原理第二章作业 2(1)
华科机器人原理及控制技术第10章 力控与顺应控制.ppt
第十章机器人的力控和顺应控制ChapterⅩForce Control and Compliance forRobot Manipulators10.1引言10.2通用机器人控制器和控制结构10.3通用机器人的动力学10.4阻抗控制10.5主动刚度控制10.6位置和力的混合控制10.1 引言（Introduction）10.1.1 位置控制（Position Control）endeffectorYYZ O直角坐标关节坐标直角坐标位置控制：关节坐标位置控制：（1）解运动位置的控制RMPC（Resolved Motion Position Control）（2）解运动速度的控制RMRC（Resolved Motion Rate Control）（3）解运动加速度的控制RMAC(Resolved Motion Acceleration Control)（4）解运动力的控制RMFC(Resolved Motion Force Control)RMPC RMRCRMAC RMFC经典之作10.1.2 力控(Force control )RMRC10.1.3 顺应控制( Compliance Control )被动式(Passive Compliance)主动式(Active Compliance)被动柔顺(Passive Compliance)柔顺手腕（Compliance Wrist）RCC（Remote Center Compliance）VRCC(Variable RCC)旋转平移OδxFδθM ···柔顺中心主动刚度控制(Active Stiffness Control )顺应控制（Compliance control）10.2 通用机器人控制器和控制结构（The Structure of General Robot）解逆运动程X d→θd 关节位控制PID光电码盘机器人操作手X dθdiθbiθei X ＋－···10.3 通用机器人的动力学（Dynamics of General Robots ）正动力学计算解析法数值法参考文献10.4 阻抗控制( Impedance Control )*Norton等效网络概念惯量－弹簧－阻尼J -1K P ARM X d X ＋＋＋－－－－J -1J T K v K f 1K E力传感器F sF＋－－K f 2X E ＋．X d ．X刚度控制刚度控制阻尼控制*10.5 主动刚度控制（Active Stiffness Control ）10.5.1 广义直角坐标刚度与关节坐标刚度Generalized Cartesian Coordinate Stiffness and Joint France Stiffness10.5.2 主动刚度控制结构( The Structure of Active Stiffness Control )*C10.6 位置和力的混合控制（Hybrid Position/Force Control for Robot Manipulators ）10.6.1C曲面（C-surface）*N*q0因此沿C曲面的法线方向进行力控制，沿切线方向进行位置控制，便形成了位置/力混合控制的控制策略*10.6.2 R－C控制器（R－C Controller）*－K fp +τJ J K pp + K pi ∫dt K pd I -S I -S S S J T J TJ -1J -1K fi ∫dtc T H c f dc fc f e c fd +++++++－－ARM ec x e c x &e q &d c xe q qf H q q &q &xc &xc d c x&。