《操作臂的力控制》PPT课件
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First attach the constraint frame to the peg.
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
In Fig.(a), the peg is in free space, so the natural constrains are:
CF 0
that transitions in the natural constraints can be tracked. – With each such change in natural constraints, a new set of
artied from the set of assembly strategies and enforced by the control system.
0
0
Cv
vapproach
0
0
0
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
In Fig.(b), the peg has reached the surface. To detect that this has
Velocities alone these two directions can be assigned
arbitrarily, and may be controlled with position cantrol
mode. We select:
vz V 0 , z 0
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
vz V 0
z 0
Static
fz 0
z 0
fx fy 0
x y 0
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
Example: 摇手柄.
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
Example: 拧螺丝.
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
每一个操作任务可以分解为多个子任务，这些子任务都是 由操作臂末端执行器和工作环境之间特定的接触状态定义的。 对于每一个与这种子任务相关的约束，称为自然约束。
自然约束：位置约束、力约束
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
Example: 用扳手夹着笔从孔中拔出来. 我们假设: – 笔可以垂直出入孔，而且忽略摩擦力. – 整个工作过程是准静态的，忽略所有惯性力.
第11章: 操作臂的力控制 概述
1. 位置控制的局限性 当末端执行器与操作臂工作环境发生碰撞时，纯粹的位置
控制已经不适用。. 考虑用海绵擦玻璃. 用刚性刮削工具从玻璃表面刮油漆.
第11章: 操作臂的力控制 概述
如果末端执行器、工具或者环境刚性很高，则操作臂压贴在平面上的 操作执行起来就非常困难.
4. 装配策略 Assembly strategy is a term that refers to a sequence of planned
artificial constraints that will cause the task to proceed in a desirable manner. – The system can detect a change in the contacting situation so
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
Example: An assembly sequence used to put a round peg into a round hole. For each of the subtasks shown, give the natural and artificial constraints. Also, indicate how the system senses the change in the natural constraints as the operation proceeds.
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
考虑和运动相关的约束 自然约束: • 由于几何的约束关系，螺丝不能在x和y的方向移动:
vx vy 0
• 也不能绕着x 和 y 轴转动:
人工约束:
x y 0
• The remaining directions are linear and angular z axes.
考虑静态约束 自然约束: – 由于做了准静态的假设，即忽略所有惯性力，所以笔在运
动方向上不能有任何的加速度和力:
人工约束:
fz 0 , z 0
– 由于孔在几何上有约束，所以我们必须保证有如下的力输
入:
fx fy 0 , x y 0
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
Therefore, the artificial constrains in this case constitute an entire
position trajectory, which moves the peg in the CZˆ direction toward
the surface.
第11章: 操作臂的力控制 概述
2. 工业机器人在装配作业中的应用 简单的应用场合 流水线作业
目前，操作臂的灵巧性仍然较低，限制在自动化装配领域 中的应用.
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
假设仅需要描述接触和自由状态，只考虑由于接触产生的 力，主要是刚度较大的物体之间的接触力。
– 自然约束和人工约束的坐标轴都是互相正交的. – 自然约束中的运动学部分与人工约束的静态部分坐标相同. – 自然约束中的静态部分与人工约束的运动学部分坐标相同.
Natural constrains
Artificial constrains
Kinematic
vx vy 0 x y 0
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
In Fig.(a), the peg is in free space, so the natural constrains are:
CF 0
that transitions in the natural constraints can be tracked. – With each such change in natural constraints, a new set of
artied from the set of assembly strategies and enforced by the control system.
0
0
Cv
vapproach
0
0
0
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
In Fig.(b), the peg has reached the surface. To detect that this has
Velocities alone these two directions can be assigned
arbitrarily, and may be controlled with position cantrol
mode. We select:
vz V 0 , z 0
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
vz V 0
z 0
Static
fz 0
z 0
fx fy 0
x y 0
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
Example: 摇手柄.
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
Example: 拧螺丝.
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
每一个操作任务可以分解为多个子任务，这些子任务都是 由操作臂末端执行器和工作环境之间特定的接触状态定义的。 对于每一个与这种子任务相关的约束，称为自然约束。
自然约束：位置约束、力约束
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
Example: 用扳手夹着笔从孔中拔出来. 我们假设: – 笔可以垂直出入孔，而且忽略摩擦力. – 整个工作过程是准静态的，忽略所有惯性力.
第11章: 操作臂的力控制 概述
1. 位置控制的局限性 当末端执行器与操作臂工作环境发生碰撞时，纯粹的位置
控制已经不适用。. 考虑用海绵擦玻璃. 用刚性刮削工具从玻璃表面刮油漆.
第11章: 操作臂的力控制 概述
如果末端执行器、工具或者环境刚性很高，则操作臂压贴在平面上的 操作执行起来就非常困难.
4. 装配策略 Assembly strategy is a term that refers to a sequence of planned
artificial constraints that will cause the task to proceed in a desirable manner. – The system can detect a change in the contacting situation so
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
Example: An assembly sequence used to put a round peg into a round hole. For each of the subtasks shown, give the natural and artificial constraints. Also, indicate how the system senses the change in the natural constraints as the operation proceeds.
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
考虑和运动相关的约束 自然约束: • 由于几何的约束关系，螺丝不能在x和y的方向移动:
vx vy 0
• 也不能绕着x 和 y 轴转动:
人工约束:
x y 0
• The remaining directions are linear and angular z axes.
考虑静态约束 自然约束: – 由于做了准静态的假设，即忽略所有惯性力，所以笔在运
动方向上不能有任何的加速度和力:
人工约束:
fz 0 , z 0
– 由于孔在几何上有约束，所以我们必须保证有如下的力输
入:
fx fy 0 , x y 0
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
Therefore, the artificial constrains in this case constitute an entire
position trajectory, which moves the peg in the CZˆ direction toward
the surface.
第11章: 操作臂的力控制 概述
2. 工业机器人在装配作业中的应用 简单的应用场合 流水线作业
目前，操作臂的灵巧性仍然较低，限制在自动化装配领域 中的应用.
第11章: 操作臂的力控制 §11.1 局部约束任务中的控制坐标系
假设仅需要描述接触和自由状态，只考虑由于接触产生的 力，主要是刚度较大的物体之间的接触力。
– 自然约束和人工约束的坐标轴都是互相正交的. – 自然约束中的运动学部分与人工约束的静态部分坐标相同. – 自然约束中的静态部分与人工约束的运动学部分坐标相同.
Natural constrains
Artificial constrains
Kinematic
vx vy 0 x y 0