机器人学导论第6章ppt课件.ppt

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1、第6章驱动控制机器人的子系统主要包括：1处理子系统工作环境、人、将执行的任务环境、其它机器人及工作运动单元；2规划子系统概念的形成、传感信息处理及集成、世界模型的建立、任务模型建立及规划、轨迹规划、避碰、夹持规划等。3控制子系统力学模型、处理模型、坐标传递、开闭环控制等。4电气子系统电机、计算机、接口、传感器、动力源等；5机械子系统机械臂、手爪、腕、移动车、驱动器、连杆、关节、齿轮、齿条、链条等；6传感子系统内部的：位置、速度、加速度、力、力矩等；外部的：视觉、接触觉、声觉、化学等。机器人各子系统主要功能为：1处理子系统将机器人执行的任务细化成一系列机器人所能够执行的步骤。2规划子系统包含建

2、模、理解处理和规划智能处理过程。在建模阶段，来自传感器的数据用该任务的数学模型融合并形成一个参考模型。使用这个参考模型，理解处理阶段选择策略以执行该任务。规划阶段将这些策略转换成机器人控制程序。3控制子系统执行上述转换的程序。4电气子系统对于电动驱动器，将来自控制子系统的驱动器数据输入给电气子系统。而一般的液压和气动驱动器一般是由电动控制阀控制，也可以用电动驱动器控制方法实现。这个子系统也包含计算机、接口和动力源。5机械子系统这些驱动器驱动机械子系统中的机构以使该机器人在一定环境下工作并完成给定的任务。6传感子系统机器人和环境参数由传感子系统监测。传感器信息被用于控制回路的反馈控制，探测危险

3、环境、确定任务是否被正确执行等。§6.1机器人机械系统及构成（一）机器人操作臂模仿人类手臂运动的操作器叫做关节臂。关节臂中所有的关节都是转动关节。如图所示的PUMA机器人就是一种最为普通的关节臂。（二）腕部结构机器人手臂具有3个自由度以到达空间任意位置，为了描述完整的空间姿态，要求手腕也要有3个自由度以实现空间任意姿态。典型的3自由度旋转式机器人手腕类似于人的手，通常用航海术语描述：ROLL(滚动)；PITCH(俯仰)；YAW(偏转)。手腕中很少采用滑动关节。由于手腕设计的复杂性，许多低价值的机器人手腕只有两个自由度。典型两个自由度的手腕由圆锥差动齿轮组成，它可以完成ROLL(滚动)、PIT

4、CH(俯仰)两个动作。Mini-Mover5机器人臂的2自由度腕HobertMotoman机器人腕CincinnatiMilacron机器人腕T3由于手腕设计的复杂性，许多低价值的机器人手腕只有两个自由度。典型两个自由度的手腕由圆锥差动齿轮组成，它可以完成ROLL(滚动)、PITCH(俯仰)两个动作。Mini-Mover5机器人臂的2自由度腕HobertMotoman机器人腕CincinnatiMilacron机器人腕T3IBM7665机器人腕结构Puma机器人腕CincinnatiMilacron机器人腕（三）末端执行器工业机器人的夹持器（末端执行器）可以粗略地比作人的手，最简单的夹持器是

5、一个带有绕一个公共轴转动的两个手爪的钳子，当这样两个手爪相距较近且当（1）所夹持的物体要求一定压力以保持物体不致掉落下来；（2）对于多指手爪，每一个与物体接触的关节与物体间都要产生一个作用力，所有作用于夹持物体上的合力等于零—多指手爪夹持物体的基本判断准则。末端执行器关键部件：（1）末端工具；（2）手爪快速更换装置；（3）控制功能部分。齿轮齿条平行手爪夹持器柔性工具连接器§6.2驱动器1驱动器的概念如果连杆及关节相当于人的骨骼，那么驱动器相当于人体肌肉，它通过移动或转动连杆来改变机器人的构型。2驱动器的特征足够的功率、轻便、经济、精确、灵敏、可靠且便于维护。3常用驱动器电动机、伺服电机、步进

6、电机、直接驱动电动机、液压驱动器、气动驱动器、形状记忆金属驱动器、磁致伸缩驱动器。6.2.1驱动系统的性能（一）重量、功率-重量比和工作压强驱动系统的重量及功率-重量比至关重要，我们可以利用功率/重量来评价一个驱动系统。气动系统的功率-重量比最低电子系统的功率-重量比属中等水平同样功率情况下，步进电机通常比伺服电机重，具有较低的功率-重量比（电机压力越高，功率-重量比也越高）。液压系统具有最高的注意：对液压系统，重量由液压驱动器和液压功率源两部分（驱动器起到驱动机器人关节的作用，而后者起到提供能量的作用）组成。同时对于液压系统来说，工作压强越高，功率越大，维护越困难，越易产生危险。（二）刚度

7、和柔性定义刚度是材料对抗变形的阻抗，柔度正好与之相对。刚度越大，使它变形所需的负载越大，柔性越大，在负载作用下越容易变形。影响刚度和柔度的因素弹性模量越大，刚度越大。如液压系统弹性模量大，刚性好；气动系统很容易压缩，柔性好。对系统的影响刚性系统对变化负载和压力响应快，精度高，在负载作用下弯曲或变形小，对位置保持精度高。但刚性系统易损坏。我们必须在这两个矛盾的性能之间进行平衡。（三）减速齿轮的使用液压活塞只做很