最基礎(chǔ)的入門級機器人控制技術(shù)

1、 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.1.1 機器人控制特點機器人控制特點1、大量的運動學(xué)、動力學(xué)運算，涉及矢量、矩陣、大量的運動學(xué)、動力學(xué)運算，涉及矢量、矩陣、 坐標(biāo)變換和微積分等運算。坐標(biāo)變換和微積分等運算。 2、機器人的控制不僅是非線性的，而且是多變量機器人的控制不僅是非線性的，而且是多變量 耦合的。耦合的。 3、機器人的控制還必須解決優(yōu)化、決策的問題。機器人的控制還必須解決優(yōu)化、決策的問題。4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門 機器人的控制方式主要有以下兩種分類：機器人的控制方式主要有以下兩種分類： 1、按機器人手部在空間的運動方式分：、

2、按機器人手部在空間的運動方式分： （1）點位控制方式）點位控制方式PTP 點位控制又稱為點位控制又稱為PTP控制，其特點是只控制機器控制，其特點是只控制機器人手部在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點上的位姿。人手部在作業(yè)空間中某些規(guī)定的離散點上的位姿。 這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)是定位精度定位精度和和運動運動所需的時間所需的時間。 常常被應(yīng)用在上下料、搬運、點焊和在電路板上常常被應(yīng)用在上下料、搬運、點焊和在電路板上插接元器件等定位精度要求不高且只要求機器人在目插接元器件等定位精度要求不高且只要求機器人在目標(biāo)點處保持手部具有準(zhǔn)確位姿的作業(yè)中。標(biāo)點處保持手部具有準(zhǔn)確位姿的作業(yè)中

3、。4.1.2 機器人控制方式機器人控制方式4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門 1、按機器人手部在空間的運動方式分：按機器人手部在空間的運動方式分： （2）連續(xù)軌跡控制方式）連續(xù)軌跡控制方式CP 連續(xù)軌跡控制又稱為連續(xù)軌跡控制又稱為CP控制，其特點是連續(xù)的控控制，其特點是連續(xù)的控制機器人手部在作業(yè)空間中的位姿，要求其嚴(yán)格的按照制機器人手部在作業(yè)空間中的位姿，要求其嚴(yán)格的按照預(yù)定的路徑和速度在一定的精度范圍內(nèi)運動。預(yù)定的路徑和速度在一定的精度范圍內(nèi)運動。 這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)機器人手部位姿的這種控制方式的主要技術(shù)指標(biāo)機器人手部位姿的軌跡跟蹤精度軌跡跟蹤精

4、度及及平穩(wěn)性平穩(wěn)性。 通?；『?、噴漆、去毛邊和檢測作業(yè)的機器人都通常弧焊、噴漆、去毛邊和檢測作業(yè)的機器人都采用這種控制方式。采用這種控制方式。 有的機器人在設(shè)計控制系統(tǒng)時，上述兩種控制方有的機器人在設(shè)計控制系統(tǒng)時，上述兩種控制方式都具有，如對進(jìn)行裝配作業(yè)的機器人的控制等。式都具有，如對進(jìn)行裝配作業(yè)的機器人的控制等。 4.1.2 機器人控制方式機器人控制方式4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門2、按機器人控制是否帶反饋分：按機器人控制是否帶反饋分： （1）非伺服型控制方式）非伺服型控制方式 非伺服型控制方式是指非伺服型控制方式是指未采用反饋環(huán)節(jié)的開環(huán)控制未采用

5、反饋環(huán)節(jié)的開環(huán)控制方式方式。 在這種控制方式下，機器人作業(yè)時嚴(yán)格按照在進(jìn)行在這種控制方式下，機器人作業(yè)時嚴(yán)格按照在進(jìn)行作業(yè)之前預(yù)先編制的控制程序來控制機器人的動作順作業(yè)之前預(yù)先編制的控制程序來控制機器人的動作順序，在控制過程中沒有反饋信號，不能對機器人的作序，在控制過程中沒有反饋信號，不能對機器人的作業(yè)進(jìn)展及作業(yè)的質(zhì)量好壞進(jìn)行監(jiān)測，因此，這種控制業(yè)進(jìn)展及作業(yè)的質(zhì)量好壞進(jìn)行監(jiān)測，因此，這種控制方式只適用于作業(yè)相對固定、作業(yè)程序簡單、運動精方式只適用于作業(yè)相對固定、作業(yè)程序簡單、運動精度要求不高的場合，它具有費用省，操作、安裝、維度要求不高的場合，它具有費用省，操作、安裝、維護(hù)簡單的優(yōu)點。護(hù)簡單的

6、優(yōu)點。4.1.2 機器人控制方式機器人控制方式4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門2、按機器人控制是否帶反饋分：按機器人控制是否帶反饋分： （2）伺服型控制方式）伺服型控制方式 伺服型控制方式是指伺服型控制方式是指采用了反饋環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制采用了反饋環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制方式方式。 這種控制方式的特點是在控制過程中采用內(nèi)部傳這種控制方式的特點是在控制過程中采用內(nèi)部傳感器連續(xù)測量機器人的關(guān)節(jié)位移、速度、加速度等運感器連續(xù)測量機器人的關(guān)節(jié)位移、速度、加速度等運動參數(shù)，并反饋到驅(qū)動單元構(gòu)成閉環(huán)伺服控制。動參數(shù)，并反饋到驅(qū)動單元構(gòu)成閉環(huán)伺服控制。 如果是適應(yīng)型或智能型機器人的

7、伺服控制，則增如果是適應(yīng)型或智能型機器人的伺服控制，則增加了機器人用外部傳感器對外界環(huán)境的檢測，使機器加了機器人用外部傳感器對外界環(huán)境的檢測，使機器人對外界環(huán)境的變化具有適應(yīng)能力，從而構(gòu)成總體閉人對外界環(huán)境的變化具有適應(yīng)能力，從而構(gòu)成總體閉環(huán)反饋的伺服控制方式。環(huán)反饋的伺服控制方式。 4.1.2 機器人控制方式機器人控制方式4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門1、示教再現(xiàn)功能、示教再現(xiàn)功能 示教再現(xiàn)功能是指示教人員預(yù)先將機器人作業(yè)的各示教再現(xiàn)功能是指示教人員預(yù)先將機器人作業(yè)的各項運動參數(shù)預(yù)先教給機器人，在示教的過程中，機器人項運動參數(shù)預(yù)先教給機器人，在示教的

8、過程中，機器人控制系統(tǒng)的記憶裝置就將所教的操作過程自動地記錄在控制系統(tǒng)的記憶裝置就將所教的操作過程自動地記錄在存儲器中。當(dāng)需要機器人工作時，機器人的控制系統(tǒng)就存儲器中。當(dāng)需要機器人工作時，機器人的控制系統(tǒng)就調(diào)用存儲器中存儲的各項數(shù)據(jù)，使機器人再現(xiàn)示教過的調(diào)用存儲器中存儲的各項數(shù)據(jù)，使機器人再現(xiàn)示教過的操作過程，由此機器人即可完成要求的作業(yè)任務(wù)。操作過程，由此機器人即可完成要求的作業(yè)任務(wù)。 機器人的示教再現(xiàn)功能易于實現(xiàn)，編程方便，在機器人的示教再現(xiàn)功能易于實現(xiàn)，編程方便，在機器人的初期得到了較多的應(yīng)用。機器人的初期得到了較多的應(yīng)用。 4.1.3 機器人控制功能機器人控制功能4 4.1 .1 引言

9、引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門2、運動控制功能、運動控制功能 運動控制功能是指通過對機器人手部在空間的位運動控制功能是指通過對機器人手部在空間的位姿、速度、加速度等項的控制，使機器人的手部按照姿、速度、加速度等項的控制，使機器人的手部按照作業(yè)的要求進(jìn)行動作，最終完成給定的作業(yè)任務(wù)。作業(yè)的要求進(jìn)行動作，最終完成給定的作業(yè)任務(wù)。 它與示教再現(xiàn)功能的區(qū)別：在示教再現(xiàn)控制中，它與示教再現(xiàn)功能的區(qū)別：在示教再現(xiàn)控制中，機器人手部的各項運動參數(shù)是由示教人員教給它的，機器人手部的各項運動參數(shù)是由示教人員教給它的，其精度取決于示教人員的熟練程度。而在運動控制中，其精度取決于示教人員的熟練程

10、度。而在運動控制中，機器人手部的各項運動參數(shù)是由機器人的控制系統(tǒng)經(jīng)機器人手部的各項運動參數(shù)是由機器人的控制系統(tǒng)經(jīng)過運算得來的，且在工作人員不能示教的情況下，通過運算得來的，且在工作人員不能示教的情況下，通過編程指令仍然可以控制機器人完成給定的作業(yè)任務(wù)。過編程指令仍然可以控制機器人完成給定的作業(yè)任務(wù)。4.1.3 機器人控制功能機器人控制功能4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門 由于機器人的控制過程中涉及大量的坐標(biāo)變換和插由于機器人的控制過程中涉及大量的坐標(biāo)變換和插補運算以及較低層的實時控制，所以，目前的機器人控補運算以及較低層的實時控制，所以，目前的機器人控制

11、系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上大多數(shù)采用分層結(jié)構(gòu)的微型計算機控制制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上大多數(shù)采用分層結(jié)構(gòu)的微型計算機控制系統(tǒng)，通常采用的是系統(tǒng)，通常采用的是兩級計算機伺服控制系統(tǒng)兩級計算機伺服控制系統(tǒng)。 伺服伺服驅(qū)動驅(qū)動人機對話人機對話內(nèi)部傳感器內(nèi)部傳感器通信通信一級（上位機）一級（上位機）微型計算機微型計算機數(shù)學(xué)運算數(shù)學(xué)運算數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)存儲二級（下位機）二級（下位機）單片機單片機運動控制器運動控制器驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置關(guān)節(jié)運動關(guān)節(jié)運動手的運動手的運動外部傳感器外部傳感器局部反饋局部反饋全局反饋全局反饋4.1.4 機器人控制系統(tǒng)機器人控制系統(tǒng)4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門 機器人控

12、制系統(tǒng)具體的工作過程是機器人控制系統(tǒng)具體的工作過程是：主控計算機接：主控計算機接到工作人員輸入的作業(yè)指令后，首先分析解釋指令，確到工作人員輸入的作業(yè)指令后，首先分析解釋指令，確定手的運動參數(shù)，然后進(jìn)行運動學(xué)、動力學(xué)和插補運算，定手的運動參數(shù)，然后進(jìn)行運動學(xué)、動力學(xué)和插補運算，最后得出機器人各個關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運動參數(shù)。這些參數(shù)經(jīng)最后得出機器人各個關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運動參數(shù)。這些參數(shù)經(jīng)過通信線路輸出到伺服控制級作為各個關(guān)節(jié)伺服控制系過通信線路輸出到伺服控制級作為各個關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)的給定信號。關(guān)節(jié)驅(qū)動器將此信號統(tǒng)的給定信號。關(guān)節(jié)驅(qū)動器將此信號D/A轉(zhuǎn)換后驅(qū)動各轉(zhuǎn)換后驅(qū)動各個關(guān)節(jié)產(chǎn)生協(xié)調(diào)運動，并通過傳感器將各個

13、關(guān)節(jié)的運動個關(guān)節(jié)產(chǎn)生協(xié)調(diào)運動，并通過傳感器將各個關(guān)節(jié)的運動輸出信號反饋回伺服控制級計算機形成局部閉環(huán)控制，輸出信號反饋回伺服控制級計算機形成局部閉環(huán)控制，從而更加精確的控制機器人手部在空間的運動（作業(yè)任從而更加精確的控制機器人手部在空間的運動（作業(yè)任務(wù)要求的）。務(wù)要求的）。 在控制過程中，工作人員可直接監(jiān)視機器人的運動在控制過程中，工作人員可直接監(jiān)視機器人的運動 狀態(tài)，也可從顯示器等輸出裝置上得到有關(guān)機器人運動狀態(tài)，也可從顯示器等輸出裝置上得到有關(guān)機器人運動 的信息。的信息。 4.1.4 機器人控制系統(tǒng)機器人控制系統(tǒng)4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門 機器

14、人控制系統(tǒng)的組成機器人控制系統(tǒng)的組成1、硬件、硬件 參參數(shù)數(shù)變變化化檢檢測測外外部部傳傳感感器器：外外部部環(huán)環(huán)境境運運動動狀狀態(tài)態(tài)檢檢測測內(nèi)內(nèi)部部傳傳感感器器：自自身身關(guān)關(guān)節(jié)節(jié)檢檢測測傳傳感感器器伺伺服服驅(qū)驅(qū)動動控控制制器器下下位位機機：單單片片機機、運運動動數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)存存儲儲通通信信數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)運運算算人人機機對對話話型型計計算算機機上上位位機機：個個人人微微機機、小小控控制制器器4.1.4 機器人控制系統(tǒng)機器人控制系統(tǒng)4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門 機器人控制系統(tǒng)的組成機器人控制系統(tǒng)的組成1、硬件、硬件單片機應(yīng)用單片機應(yīng)用 4.1.4 機器人控制系統(tǒng)機器

15、人控制系統(tǒng)4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門 機器人控制系統(tǒng)的組成機器人控制系統(tǒng)的組成1、硬件、硬件運動控制器介紹運動控制器介紹 運動控制器核運動控制器核心由心由 ADSP2181 數(shù)數(shù)字信號處理器及字信號處理器及其外圍部件組成，其外圍部件組成，可以實現(xiàn)高性能的可以實現(xiàn)高性能的控制計算，同步控制計算，同步控制多個運動軸，控制多個運動軸，實現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運動。實現(xiàn)多軸協(xié)調(diào)運動。應(yīng)用領(lǐng)域包括機器人、數(shù)控機床等。應(yīng)用領(lǐng)域包括機器人、數(shù)控機床等。 4.1.4 機器人控制系統(tǒng)機器人控制系統(tǒng)4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門 機器人控

16、制系統(tǒng)的組成機器人控制系統(tǒng)的組成1、硬件、硬件運動控制器介紹運動控制器介紹 運動控制器以運動控制器以 PC 為主機，提供標(biāo)準(zhǔn)的為主機，提供標(biāo)準(zhǔn)的 ISA 、PCI 及通用的串口總線和數(shù)字及通用的串口總線和數(shù)字I/O接口。運動控制器提接口。運動控制器提供高級語言函數(shù)庫和供高級語言函數(shù)庫和 Windows 動態(tài)連接庫，可以實動態(tài)連接庫，可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能?，F(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 用戶能夠?qū)⑦@些控制函數(shù)與自己控制系統(tǒng)所需的用戶能夠?qū)⑦@些控制函數(shù)與自己控制系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)處理、界面顯示、用戶接口等應(yīng)用程序模塊集成數(shù)據(jù)處理、界面顯示、用戶接口等應(yīng)用程序模塊集成在一起，建造符合特定應(yīng)用要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)

17、在一起，建造符合特定應(yīng)用要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種應(yīng)用領(lǐng)域的要求。各種應(yīng)用領(lǐng)域的要求。 4.1.4 機器人控制系統(tǒng)機器人控制系統(tǒng)4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門 機器人控制系統(tǒng)的組成機器人控制系統(tǒng)的組成1、硬件、硬件運動控制器應(yīng)用運動控制器應(yīng)用 4 4.1 .1 引言引言4.1.4 機器人控制系統(tǒng)機器人控制系統(tǒng) 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門 程程序序?qū)崒崟r時監(jiān)監(jiān)視視、故故障障報報警警等等監(jiān)監(jiān)控控軟軟件件程程序序作作業(yè)業(yè)任任務(wù)務(wù)程程序序編編制制環(huán)環(huán)境境編編程程軟軟件件程程序序運運動動學(xué)學(xué)、動動力力學(xué)學(xué)和和插插補補運運算算軟軟件件實實時時動動

18、作作解解釋釋執(zhí)執(zhí)行行程程序序動動作作控控制制軟軟件件應(yīng)應(yīng)用用軟軟件件單單片片機機、運運動動控控制制器器系系統(tǒng)統(tǒng)初初始始化化程程序序個個人人微微機機、小小型型計計算算機機計計算算機機操操作作系系統(tǒng)統(tǒng)系系統(tǒng)統(tǒng)軟軟件件 機器人控制系統(tǒng)的組成機器人控制系統(tǒng)的組成2、軟件、軟件4.1.4 機器人控制系統(tǒng)機器人控制系統(tǒng)4 4.1 .1 引言引言 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門控制過程控制過程： 示教人員將機器人作業(yè)任務(wù)中要求手的運動預(yù)先教示教人員將機器人作業(yè)任務(wù)中要求手的運動預(yù)先教給機器人，在示教的過程中，機器人控制系統(tǒng)就將關(guān)節(jié)給機器人，在示教的過程中，機器人控制系統(tǒng)就將關(guān)節(jié)運動狀態(tài)參數(shù)記憶

19、存儲在存儲器中。當(dāng)需要機器人工作運動狀態(tài)參數(shù)記憶存儲在存儲器中。當(dāng)需要機器人工作時，機器人的控制系統(tǒng)就調(diào)用存儲器中存儲的各項數(shù)據(jù)時，機器人的控制系統(tǒng)就調(diào)用存儲器中存儲的各項數(shù)據(jù)，驅(qū)動關(guān)節(jié)運動，使機器人再現(xiàn)示教過的手的運動，由，驅(qū)動關(guān)節(jié)運動，使機器人再現(xiàn)示教過的手的運動，由此完成要求的作業(yè)任務(wù)。此完成要求的作業(yè)任務(wù)。 作業(yè)任務(wù)作業(yè)任務(wù)手的運動手的運動關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動關(guān)節(jié)運動參數(shù)關(guān)節(jié)運動參數(shù)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動示教示教記憶記憶再現(xiàn)再現(xiàn)驅(qū)動驅(qū)動反饋反饋4 4.2 .2 示教再現(xiàn)控制示教再現(xiàn)控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4 4.2 .2

20、示教再現(xiàn)控制示教再現(xiàn)控制4.2.1 示教方式示教方式4.2.2 記憶過程記憶過程 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.2.1 示教方式示教方式 機器人示教的方式種類繁多，總的可以分為機器人示教的方式種類繁多，總的可以分為集集中示教方式中示教方式和和分離示教方式分離示教方式。 1、集中示教方式、集中示教方式 將機器人手部在空間的位姿、速度、動作順序?qū)C器人手部在空間的位姿、速度、動作順序等參數(shù)同時進(jìn)行示教的方式，示教一次即可生成關(guān)等參數(shù)同時進(jìn)行示教的方式，示教一次即可生成關(guān)節(jié)運動的伺服指令。節(jié)運動的伺服指令。2、分離示教方式、分離示教方式 將機器人手部在空間的位姿、速度、動作順序?qū)C

21、器人手部在空間的位姿、速度、動作順序等參數(shù)分開單獨進(jìn)行示教的方式，一般需要示教多等參數(shù)分開單獨進(jìn)行示教的方式，一般需要示教多次才可生成關(guān)節(jié)運動的伺服指令，但其效果要好于次才可生成關(guān)節(jié)運動的伺服指令，但其效果要好于集中示教方式。集中示教方式。 4 4.2 .2 示教再現(xiàn)控制示教再現(xiàn)控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.2.1 示教方式示教方式 當(dāng)對用當(dāng)對用點位（點位（PTPPTP）控制）控制的點焊、搬運機器人進(jìn)的點焊、搬運機器人進(jìn)行示教時，可以分開編制程序，且能進(jìn)行編輯、修行示教時，可以分開編制程序，且能進(jìn)行編輯、修改等工作，但是機器人手部在作曲線運動而且位置改等工作，但是機器人

22、手部在作曲線運動而且位置精度要求較高時，示教點數(shù)就會較多，示教時間就精度要求較高時，示教點數(shù)就會較多，示教時間就會拉長，且在每一個示教點處都要停止和啟動，因會拉長，且在每一個示教點處都要停止和啟動，因此就很難進(jìn)行速度的控制。此就很難進(jìn)行速度的控制。 4 4.2 .2 示教再現(xiàn)控制示教再現(xiàn)控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.2.1 示教方式示教方式 當(dāng)對用當(dāng)對用連續(xù)軌跡（連續(xù)軌跡（CPCP）控制）控制的弧焊、噴漆機器的弧焊、噴漆機器人進(jìn)行示教時，示教操作一旦開始就不能中途停止人進(jìn)行示教時，示教操作一旦開始就不能中途停止，必須不中斷的連續(xù)進(jìn)行到底，且在示教途中很難，必須不中斷的連

23、續(xù)進(jìn)行到底，且在示教途中很難進(jìn)行局部的修改。示教時，可以是手把手示教，也進(jìn)行局部的修改。示教時，可以是手把手示教，也可通過示教盒示教?？赏ㄟ^示教盒示教。4 4.2 .2 示教再現(xiàn)控制示教再現(xiàn)控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.2.2 記憶過程記憶過程示教示教關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動變換裝置變換裝置控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)傳感裝置傳感裝置存儲器存儲器檢測檢測轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換保保 存存 在示教的過程中，機器人關(guān)節(jié)運動狀態(tài)的變化在示教的過程中，機器人關(guān)節(jié)運動狀態(tài)的變化被傳感器檢測到，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，再通過變換裝置送入被傳感器檢測到，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，再通過變換裝置送入控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)就將這些數(shù)據(jù)保存在存儲器中

24、控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)就將這些數(shù)據(jù)保存在存儲器中，作為再現(xiàn)示教過的手的運動時所需要的關(guān)節(jié)運動，作為再現(xiàn)示教過的手的運動時所需要的關(guān)節(jié)運動參數(shù)數(shù)據(jù)。參數(shù)數(shù)據(jù)。 4 4.2 .2 示教再現(xiàn)控制示教再現(xiàn)控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門示教示教關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動變換裝置變換裝置控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)傳感裝置傳感裝置存儲器存儲器檢測檢測轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換保保 存存1、記憶速度、記憶速度 取決于傳感器的取決于傳感器的檢測速度檢測速度、變換裝置的、變換裝置的轉(zhuǎn)換速轉(zhuǎn)換速度度和控制系統(tǒng)存儲器的和控制系統(tǒng)存儲器的存儲速度存儲速度。2、記憶容量、記憶容量 取決于控制系統(tǒng)存儲器的容量。取決于控制系統(tǒng)存儲器的容量

25、。 4.2.2 記憶過程記憶過程4 4.2 .2 示教再現(xiàn)控制示教再現(xiàn)控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門 機器人的機器人的運動控制運動控制是指機器人是指機器人手部在空間從一點移手部在空間從一點移動到另一點的過程中或沿某一軌跡運動時，對其位姿、動到另一點的過程中或沿某一軌跡運動時，對其位姿、速度和加速度等運動參數(shù)的控制速度和加速度等運動參數(shù)的控制。 由機器人運動學(xué)可知，機器人手部的運動是由各個由機器人運動學(xué)可知，機器人手部的運動是由各個關(guān)節(jié)的運動引起的，所以關(guān)節(jié)的運動引起的，所以控制機器人手部的運動實際上控制機器人手部的運動實際上是通過控制機器人各個關(guān)節(jié)的運動實現(xiàn)的是通過控制機器

26、人各個關(guān)節(jié)的運動實現(xiàn)的。 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門控制過程控制過程： 根據(jù)機器人作業(yè)任務(wù)中要求的手的運動，通過運動根據(jù)機器人作業(yè)任務(wù)中要求的手的運動，通過運動學(xué)逆解和數(shù)學(xué)插補運算得到機器人各個關(guān)節(jié)運動的位移學(xué)逆解和數(shù)學(xué)插補運算得到機器人各個關(guān)節(jié)運動的位移、速度和加速度，再根據(jù)動力學(xué)正解得到各個關(guān)節(jié)的驅(qū)、速度和加速度，再根據(jù)動力學(xué)正解得到各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動力（矩）。機器人控制系統(tǒng)根據(jù)運算得到的關(guān)節(jié)運動動力（矩）。機器人控制系統(tǒng)根據(jù)運算得到的關(guān)節(jié)運動狀態(tài)參數(shù)控制驅(qū)動裝置，驅(qū)動各個關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動，從而狀態(tài)參數(shù)控制驅(qū)動裝置，驅(qū)動各個關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動，從而合

27、成手在空間的運動，由此完成要求的作業(yè)任務(wù)。合成手在空間的運動，由此完成要求的作業(yè)任務(wù)。 驅(qū)動驅(qū)動動力學(xué)動力學(xué)正解正解運動學(xué)運動學(xué)逆解逆解作業(yè)任務(wù)作業(yè)任務(wù)手的運動手的運動關(guān)節(jié)位移、關(guān)節(jié)位移、速度、加速度速度、加速度關(guān)節(jié)驅(qū)動力關(guān)節(jié)驅(qū)動力（矩）（矩）驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)反饋反饋4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門控制步驟控制步驟： 第一步第一步：關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成，即將機器人手，即將機器人手部在空間的位姿變化轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)變量隨時間按某一規(guī)律部在空間的位姿變化轉(zhuǎn)換為關(guān)節(jié)變量隨時間按某一規(guī)律變化的函數(shù)

28、。這一步一般可變化的函數(shù)。這一步一般可離線完成離線完成。 第二步第二步：關(guān)節(jié)運動的伺服控制關(guān)節(jié)運動的伺服控制，即采用一定的控制，即采用一定的控制算法跟蹤執(zhí)行第一步所生成的關(guān)節(jié)運動伺服指令，這是算法跟蹤執(zhí)行第一步所生成的關(guān)節(jié)運動伺服指令，這是在線完成在線完成的。的。 第一步第一步第二步第二步驅(qū)動驅(qū)動動力學(xué)動力學(xué)正解正解運動學(xué)運動學(xué)逆解逆解作業(yè)任務(wù)作業(yè)任務(wù)手的運動手的運動關(guān)節(jié)位移、關(guān)節(jié)位移、速度、加速度速度、加速度關(guān)節(jié)驅(qū)動力關(guān)節(jié)驅(qū)動力（矩）（矩）驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動關(guān)節(jié)產(chǎn)生運動控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)反饋反饋4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1

29、 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成4.3.2 關(guān)節(jié)運動的伺服控制關(guān)節(jié)運動的伺服控制4.3.3 機器人語言機器人語言4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成1、軌跡規(guī)劃、軌跡規(guī)劃 機器人關(guān)節(jié)運動伺服指令的軌跡規(guī)劃生成方法是機器人關(guān)節(jié)運動伺服指令的軌跡規(guī)劃生成方法是指根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的機器人手部在空間的位姿、速指根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求的機器人手部在空間的位姿、速度等運動參數(shù)的變化，通過機器人運動學(xué)方程的求解度等運動參數(shù)的變化，通過機器人運動學(xué)方程的求解和各種插補運算等數(shù)學(xué)方法最終生成相應(yīng)的關(guān)節(jié)運動

30、和各種插補運算等數(shù)學(xué)方法最終生成相應(yīng)的關(guān)節(jié)運動伺服指令。伺服指令。 *示教再現(xiàn)控制生產(chǎn)方法示教再現(xiàn)控制生產(chǎn)方法示教生成示教生成 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程 在對機器人進(jìn)行軌跡規(guī)劃時，首先要對機器人的在對機器人進(jìn)行軌跡規(guī)劃時，首先要對機器人的作業(yè)任務(wù)進(jìn)行描述，得到機器人手部在空間的位姿變作業(yè)任務(wù)進(jìn)行描述，得到機器人手部在空間的位姿變化，然后根據(jù)機器人運動學(xué)方程及其逆解并通過適當(dāng)化，然后根據(jù)機器人運動學(xué)方程及其逆解并通過適當(dāng)?shù)牟逖a運算求出機器人各個

31、關(guān)節(jié)的位移、速度等運動的插補運算求出機器人各個關(guān)節(jié)的位移、速度等運動參數(shù)的變化，再通過動力學(xué)運算最終生成機器人關(guān)節(jié)參數(shù)的變化，再通過動力學(xué)運算最終生成機器人關(guān)節(jié)運動所需的伺服指令。運動所需的伺服指令。 PTP下的軌跡規(guī)劃是在下的軌跡規(guī)劃是在關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間進(jìn)行。進(jìn)行。 CP下的軌跡規(guī)劃是在下的軌跡規(guī)劃是在直角坐標(biāo)空間直角坐標(biāo)空間進(jìn)行。進(jìn)行。 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃步驟：步驟：第一步第一步：由手的

32、位姿得到對應(yīng)關(guān)節(jié)的位移；：由手的位姿得到對應(yīng)關(guān)節(jié)的位移；第二步第二步：不同點對應(yīng)關(guān)節(jié)位移之間的運動規(guī)劃；：不同點對應(yīng)關(guān)節(jié)位移之間的運動規(guī)劃；第三步第三步：由關(guān)節(jié)運動變化計算關(guān)節(jié)驅(qū)動力（矩）。：由關(guān)節(jié)運動變化計算關(guān)節(jié)驅(qū)動力（矩）。4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：已知機器人起點和終點的位姿第一步：已知機器人起點和終點的位姿得到機器人對應(yīng)的關(guān)節(jié)變量的取值。得到機器人對應(yīng)的關(guān)節(jié)變量的取值。 機器人運動學(xué)逆解機器人

33、運動學(xué)逆解BAMMiBiAqq實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值問題問題：起點的變量取值如何變化到終點的變量取值？：起點的變量取值如何變化到終點的變量取值？iBiAqqt04 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)

34、劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點第二步：已知機器人起點和終點 的關(guān)節(jié)變量取值的關(guān)節(jié)變量取值分析分析：起點的變量取值如何：起點的變量取值如何變化到終點的變量取值？變化到終點的變量取值？ 若按線性變化，則有：若按線性變化，則有：iBiAqqt0)(tq)(tq )(tq t00 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點第二步：已知機

35、器人起點和終點 的關(guān)節(jié)變量取值的關(guān)節(jié)變量取值分析分析：起點的變量取值如何：起點的變量取值如何變化到終點的變量取值？變化到終點的變量取值？ 若加速度無沖擊，則有：若加速度無沖擊，則有：iBiAqqt0)(tq)(tq )(tq t004 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值A(chǔ)、三次多項式插值運算、三次多項式插值運算 設(shè)起點到終點的位移變化規(guī)

36、律為：設(shè)起點到終點的位移變化規(guī)律為：則速度為：則速度為：332210)(tatataatq 232132)(tataatq 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值A(chǔ)、三次多項式插值運算、三次多項式插值運算 關(guān)節(jié)運動需要滿足的約束條件可表示為關(guān)節(jié)運動需要滿足的約束條件可表示為 ：位移約束位移約束速度約束速度約束 BAqtqqq)()0(0

37、 0)(0)0(0tqq4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值A(chǔ)、三次多項式插值運算、三次多項式插值運算 由此可得有關(guān)系數(shù)由此可得有關(guān)系數(shù) 的的4個線性方程為：個線性方程為：3210,aaaa 203021130320201003200tataaatatataaqaqBA4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門

38、機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值A(chǔ)、三次多項式插值運算、三次多項式插值運算 求解該方程組即可得：求解該方程組即可得： )(2)(3030320210ABABAqqtaqqtaaqa4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第

39、二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值A(chǔ)、三次多項式插值運算、三次多項式插值運算 將其代入下式：將其代入下式： 可得該關(guān)節(jié)變量隨時間的變化規(guī)律。此函數(shù)表達(dá)可得該關(guān)節(jié)變量隨時間的變化規(guī)律。此函數(shù)表達(dá)式適用于關(guān)節(jié)起始點和終止點速度為零的運動情況。式適用于關(guān)節(jié)起始點和終止點速度為零的運動情況。 332210)(tatataatq 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機

40、器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值B、多點的三次多項式插值運算、多點的三次多項式插值運算 如果要求在路徑點處的加速度連續(xù)，則可用兩條如果要求在路徑點處的加速度連續(xù)，則可用兩條三次曲線在路徑點處連接起來，拼湊成所需要的運動三次曲線在路徑點處連接起來，拼湊成所需要的運動軌跡，這時路徑點處的速度不僅要連續(xù)，而且加速度軌跡，這時路徑點處的速度不僅要連續(xù)，而且加速度也要連續(xù)也要連續(xù)。ACBt01t024 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的

41、實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值B、多點的三次多項式插值運算、多點的三次多項式插值運算 設(shè)設(shè)A點到點到C點的關(guān)節(jié)變量變化為：點的關(guān)節(jié)變量變化為：設(shè)設(shè) C點到點到B點的關(guān)節(jié)變量變化為：點的關(guān)節(jié)變量變化為：ACBt10t2031321211101)(tatataatq 32322221202)(tatataatq 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PT

42、P下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值B、多點的三次多項式插值運算、多點的三次多項式插值運算 三點處的位移約束方程：三點處的位移約束方程： 320232202220212020310132101210111010tatataaqaqtatataaqaqBCCA4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已

43、知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值B、多點的三次多項式插值運算、多點的三次多項式插值運算 起點和終點處的起點和終點處的速度約束方程：速度約束方程：中間點處的速度中間點處的速度和加速度約束方程：和加速度約束方程： 22023202221113200tataaa 22101312212101310121126232ataaatataa4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和第二步：已知機器人起點和 終點

44、的關(guān)節(jié)變量取值終點的關(guān)節(jié)變量取值B、多點的三次多項式插值運算、多點的三次多項式插值運算 聯(lián)立上述聯(lián)立上述8個線性方程，個線性方程，若令若令 ，則方程組的解為：則方程組的解為： 02010ttt )538(41)2(23)(43)835(41)34(4303023202202120301320121110BACCBAABCCBABACAqqqtaqqqtaqqtaqaqqqtaqqqtaaqa4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下

45、的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值B、多點的三次多項式插值運算、多點的三次多項式插值運算 將其代入以下兩式：將其代入以下兩式： 可得兩段曲線，將其拼接起來，就是該關(guān)節(jié)變量可得兩段曲線，將其拼接起來，就是該關(guān)節(jié)變量隨時間的變化規(guī)律。隨時間的變化規(guī)律。 31321211101)(tatataatq 32322221202)(tatataatq 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌

46、跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值C、五次多項式插值運算、五次多項式插值運算 設(shè)起點到終點的位移變化規(guī)律為：設(shè)起點到終點的位移變化規(guī)律為：則速度和加速度為：則速度和加速度為：35243245342321201262)(5432)(tatataatqtatatataatq 5544332210)(tatatatataatq 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的

47、軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值C、五次多項式插值運算、五次多項式插值運算 約束條件約束條件線性方程組為：線性方程組為： 30520403224053042030211505404303202010020126225432tatataaqaqtatatataaqaqtatatatataaqaqBABABA 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器

48、人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值C、五次多項式插值運算、五次多項式插值運算 求解該方程組即可得：求解該方程組即可得： )(21)(3)(6)23(21)87(1)(15)3(21)32(2)(102130405052030404020303210ABABABBAABBAABABABAAAqqtqqtqqtaqqtqqtqqtaqqtqqtqqtaqaqaqa 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)

49、劃下的軌跡規(guī)劃第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值第二步：已知機器人起點和終點的關(guān)節(jié)變量取值C、五次多項式插值運算、五次多項式插值運算 將其代入下式：將其代入下式： 可得該關(guān)節(jié)變量隨時間的變化規(guī)律，此函數(shù)表達(dá)可得該關(guān)節(jié)變量隨時間的變化規(guī)律，此函數(shù)表達(dá)式可適用于已知關(guān)節(jié)起始點和終止點速度、加速度的式可適用于已知關(guān)節(jié)起始點和終止點速度、加速度的運動情況。運動情況。 5544332210)(tatatatataatq 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程

50、（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第三步：已知機器人關(guān)節(jié)的運動速度和加速度第三步：已知機器人關(guān)節(jié)的運動速度和加速度 由此可得關(guān)節(jié)的驅(qū)動力（矩）。由此可得關(guān)節(jié)的驅(qū)動力（矩）。iiqq ,i 4 4.3 .3 運動控制運動控制機器人動力學(xué)正解機器人動力學(xué)正解實現(xiàn)方法實現(xiàn)方法 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（1） PTP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃 在關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃時，要注意關(guān)節(jié)運在關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃時，要注意關(guān)節(jié)運動時加速度的突變引起的剛性沖擊，嚴(yán)重時可使機器動時加速度的

51、突變引起的剛性沖擊，嚴(yán)重時可使機器人產(chǎn)生較大的振動，而且在關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間內(nèi)規(guī)劃的直人產(chǎn)生較大的振動，而且在關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間內(nèi)規(guī)劃的直線只表示它是某個關(guān)節(jié)變量的線性函數(shù)，當(dāng)所有關(guān)節(jié)線只表示它是某個關(guān)節(jié)變量的線性函數(shù)，當(dāng)所有關(guān)節(jié)變量都規(guī)劃為直線時，并不代表機器人手部在直角坐變量都規(guī)劃為直線時，并不代表機器人手部在直角坐標(biāo)空間中的路徑就是直線。標(biāo)空間中的路徑就是直線。 關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃是直角坐標(biāo)空間軌跡規(guī)關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間的軌跡規(guī)劃是直角坐標(biāo)空間軌跡規(guī)劃的基礎(chǔ)。劃的基礎(chǔ)。 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生

52、成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃步驟：步驟：第一步第一步：連續(xù)軌跡離散化。：連續(xù)軌跡離散化。第二步第二步：PTP下的軌跡規(guī)劃。下的軌跡規(guī)劃。 AB1234567894 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化第一步：連續(xù)軌跡離散化解決問題：解決問題：離散點處的位置和姿態(tài)。離散點處的位置和姿態(tài)。 AB123456789 10nnnpRM4 4.3 .3 運動控

53、制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化第一步：連續(xù)軌跡離散化A：離散點處的位置計算離散點處的位置計算 對于機器人手部在空間的位置變化，用時間的參對于機器人手部在空間的位置變化，用時間的參數(shù)方程可表示為：數(shù)方程可表示為： AB123456789 )()()(tzztyytxx4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實

54、現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化第一步：連續(xù)軌跡離散化A：離散點處的位置計算離散點處的位置計算 為了保證離散后的路徑點均勻連續(xù)且便于控制，為了保證離散后的路徑點均勻連續(xù)且便于控制，一般利用弧長公式：一般利用弧長公式： 可將時間可將時間轉(zhuǎn)換為弧長的函數(shù)：轉(zhuǎn)換為弧長的函數(shù)： AB123456789dttztytxstt 0222)()()()(stt 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡

55、規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化第一步：連續(xù)軌跡離散化A：離散點處的位置計算離散點處的位置計算 假設(shè)起點所對應(yīng)的弧長為假設(shè)起點所對應(yīng)的弧長為 ，則路徑就可表示為，則路徑就可表示為以弧長為參數(shù)的方程：以弧長為參數(shù)的方程：AB1234567890s )()()()()()(000szszzsysyysxsxx4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化第一步：連續(xù)軌跡離散化A：離散點處的位置計算離散點處

56、的位置計算 將整個路徑以適當(dāng)?shù)幕￠L單位將整個路徑以適當(dāng)?shù)幕￠L單位 等分為等分為n段，則段，則任一點處的位置為：任一點處的位置為：AB123456789s )()()()()()(000snzszzsnysyysnxsxxnnn4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化第一步：連續(xù)軌跡離散化A：離散點處的位置計算離散點處的位置計算 由此可得任意點處的位置為：由此可得任意點處的位置為：AB123456789

57、 Tnnnnzyxp, 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算離散點處的姿態(tài)計算設(shè)整個路徑的起始點設(shè)整個路徑的起始點A和終止點和終止點B的姿態(tài)矩陣為：的姿態(tài)矩陣為： AB123456789 AzAzAzAyAyAyAxAxAxAaonaonaonR BzBzBzByByByBxBxBxBaonaonaonR 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章

58、章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算離散點處的姿態(tài)計算 若將機器人的手部姿態(tài)化成繞三個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)若將機器人的手部姿態(tài)化成繞三個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)變換，即先繞軸變換，即先繞軸x旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)角度，再繞軸角度，再繞軸y旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)角度，最角度，最后繞軸后繞軸z旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)角度，由坐標(biāo)變換左乘原則得：角度，由坐標(biāo)變換左乘原則得： AB123456789 ccscssccssccssscssscsccssscccxRotyRo

59、tzRotR),(),(),(4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算離散點處的姿態(tài)計算 已知已知AB123456789 ccscssccssccssscssscsccssscccaonaonaonRzzzyyyxxx4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌

60、跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算離散點處的姿態(tài)計算 當(dāng)給定當(dāng)給定R的值，的值， 則有：則有：AB123456789 xyyxzzznnnnnao12211tantantan 4 4.3 .3 運動控制運動控制 第第4 4章章 機器人基礎(chǔ)入門機器人基礎(chǔ)入門4.3.1 關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成關(guān)節(jié)運動伺服指令的生成2、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程、軌跡規(guī)劃的實現(xiàn)過程（2） CP下的軌跡規(guī)劃下的軌跡規(guī)劃第一步：連續(xù)軌跡離散化第一步：連續(xù)軌跡離散化B：離散點處的姿態(tài)計算離散點處的姿態(tài)計算 根據(jù)以上計算公式，由