機(jī)器人的組成系統(tǒng)

1、.一工業(yè)機(jī)器人組成系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人由主體、 驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三個基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括腰部、肩部、肘部和手腕部，其中手腕部有3 個運(yùn)動自由度。驅(qū)動系統(tǒng)包括動力裝置和傳動機(jī)構(gòu)， 用以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動作。控制系統(tǒng)是按照輸入的程序?qū)︱?qū)動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號，并進(jìn)行控制。工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動的控制機(jī)能，又可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。編程輸入型是將計算機(jī)上已編

2、好的作業(yè)程序文件，通過RS232 串口或者以太網(wǎng)等通信方式傳送到機(jī)器人控制柜。示教輸入型的示教方法有兩種：一種是由操作者用手動控制器(示教操縱盒 )，將指令信號傳給驅(qū)動系統(tǒng)， 使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動作順序和運(yùn)動軌跡操演一遍；另一種是由操作者直接領(lǐng)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按要求的動作順序和運(yùn)動軌跡操演一遍。在示教過程的同時，工作程序的信息即自動存入程序存儲器中在機(jī)器人自動工作時， 控制系統(tǒng)從程序存儲器中檢出相應(yīng)信息，將指令信號傳給驅(qū)動機(jī)構(gòu)， 使執(zhí)行機(jī)構(gòu)再現(xiàn)示教的各種動作。 示教輸入程序的工業(yè)機(jī)器人稱為示教再現(xiàn)型工業(yè)機(jī)器人。幾個問題：（ 1 ） 巨輪機(jī)器人 JLRB20KG 機(jī)器人是點(diǎn)位型還是連續(xù)軌跡型？（ 2

3、 ） 能不能編寫一個簡單程序，使機(jī)器人能夠的末端能夠走一個圓？（ 3 ） 能不能控制機(jī)器人中每一個電機(jī)的輸出功率或扭矩？（ 4 ） 機(jī)器人每一個關(guān)節(jié)從驅(qū)動電機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳遞效率有沒有？二工業(yè)機(jī)器人的主體機(jī)器人本體由機(jī)座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端執(zhí)行器和驅(qū)動裝置組成。共有六個自由度，依次為腰部回轉(zhuǎn)、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回轉(zhuǎn)、手腕俯仰、手腕側(cè)擺。機(jī)器人采用電機(jī)驅(qū)動， 電機(jī)分為步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)。直流伺服電機(jī)能構(gòu)成閉環(huán)控制、精度高、額定轉(zhuǎn)速高、但價格較高，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動具有成本低、控制系統(tǒng)簡單。各部件組成和功能描述如下：.（ 1） 基座：基座是機(jī)器人的基礎(chǔ)部分， 起支撐作用。 整個執(zhí)行

4、機(jī)構(gòu)和驅(qū)動裝置都安裝在基座。（ 2） 腰部：腰部是機(jī)器人手臂的支撐部分， 腰部回轉(zhuǎn)部件包括腰部支架、 回轉(zhuǎn)軸、支架、諧波減速器、制動器和步進(jìn)電機(jī)等。（ 3）大臂：大臂和傳動部件（ 4） 小臂：小臂、減速齒輪箱、傳動部件、傳動軸等，在小臂前端固定驅(qū)動手腕三個運(yùn)動的步進(jìn)電機(jī)。（ 5）手腕部件：手腕殼體、傳動齒輪和傳動軸、機(jī)械接口等。（ 6）末端執(zhí)行器：根據(jù)抓取物體的形狀、材質(zhì)等選擇合理的結(jié)構(gòu)。目前，在工業(yè)機(jī)器人中廣泛采用的機(jī)械傳動單元是減速器， 與通用減速器相比， 機(jī)器人關(guān)節(jié)減速器要求具有傳動鏈短、 體積小、 功率大、質(zhì)量輕和易于控制等特點(diǎn)。 常用的減速器主要有： RV 減速器和諧波減速器。 RV

5、 減速器一般用在腰關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)等重載位置處，而諧波減速器用于手腕的三個關(guān)節(jié)等輕載位置處。（1）諧波減速器.諧波減速器由固定的剛性內(nèi)齒輪、一個工作時可產(chǎn)生徑向彈性變形并帶有外齒的柔輪和一個裝在柔輪內(nèi)部、呈橢圓形、外圈帶有柔性滾動軸承的波發(fā)生器等3 個基本構(gòu)件組成。當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)入柔輪后，迫使柔輪的剖面由原先的圓形變?yōu)闄E圓形，其長軸兩端附近的齒與剛輪的齒完全嚙合，而短軸兩端附近的齒則與剛輪完全脫開，周長上其他區(qū)段的齒處于嚙合和脫離的過渡狀態(tài)。（2）RV 減速器與諧波減速器相比，RV 減速器具有較高的疲勞強(qiáng)度和剛度以及較長的壽命，而且回差精度穩(wěn)定，不想諧波傳動，隨著使用時間的增長，運(yùn)動精度就會

6、顯著降低，故高精度機(jī)器人傳動多采用RV 減速器， 且有逐漸取代諧波減速器的趨勢。RV 減速器是由第一級漸開線圓柱齒輪行星減速機(jī)構(gòu)和第二級擺線針輪行星減速機(jī)構(gòu)組成，是一封閉差動輪系。目前，在工業(yè)機(jī)器人中常用的驅(qū)動電機(jī)是交流伺服電機(jī)。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM 或 3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力，具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力，其最大轉(zhuǎn)矩可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。電機(jī)的輸出扭矩與功率的關(guān)系：T = 9550 P / n 。 T，扭矩， Nm ；P，功率， KW ；n

7、，轉(zhuǎn)速， r/min ； 9550 是系數(shù)。扭矩、功率、轉(zhuǎn)速之間，有關(guān)系。三工業(yè)機(jī)器人的示教器示教器也稱示教編程器或示教盒，主要由液晶屏幕和操作按鍵組成，可由操作者手持移動。它是機(jī)器人的人機(jī)交互接口，機(jī)器人的所有操作基本上都是通過示教器完成的，如點(diǎn)動機(jī)器人，編寫、測試和運(yùn)行機(jī)器人程序，設(shè)定、查閱機(jī)器人狀態(tài)設(shè)置和位置等。四工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)機(jī)器人的技術(shù)指標(biāo)反映了機(jī)器人的適用范圍和工作性能，是選擇、使用機(jī)器人必須考慮的問題。（ 1） 最大負(fù)載：作用于機(jī)器人手腕末端，且不會使機(jī)器人性能降低的最大載荷（ 2） 定位精度：又稱絕對定位精度，是指機(jī)器人末端執(zhí)行器實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異。（ 3）

8、 重復(fù)定位精度：指機(jī)器人重復(fù)到達(dá)某一目標(biāo)位置的差異程度；或在相同的位置指令下，機(jī)器人連續(xù)重復(fù)若干次其位置的分散情況。一般而言，工業(yè)機(jī)器人的.絕對定位精度要比重復(fù)定位精度低一到兩個數(shù)量級，其原因是未考慮機(jī)器人本體的制造誤差、工件加工誤差及工件定位誤差情況下使用機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)模型來確定機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置。（ 4）最大工作速度。在各軸聯(lián)動情況下，機(jī)器人手腕中心所能達(dá)到的最大線速度。最大工作速度越高，生產(chǎn)效率就越高。五工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)機(jī)器人控制系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，是決定機(jī)器人功能和性能的主要因素。機(jī)器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定動作或作業(yè)任務(wù)的裝置。工業(yè)機(jī)器人控制技術(shù)的主要

9、任務(wù)就是控制工業(yè)機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動位置、姿態(tài)和軌跡、 操作順序及動作的時間等。具有編程簡單、 軟件菜單操作、 友好的人機(jī)交互界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。其基本功能如下：（ 1） 示教功能。分為在線示教和離線示教兩種方式。（ 2） 記憶功能。存儲作業(yè)順序、運(yùn)動路徑和方式及與生產(chǎn)工藝有關(guān)的信息等。（ 3） 與外圍設(shè)備聯(lián)系功能。包括輸入/輸出接口、通信接口、網(wǎng)絡(luò)接口等。（ 4） 傳感器接口。位置檢測、視覺、觸覺、力覺等。（ 5） 故障診斷安全保護(hù)功能。 運(yùn)行時的狀態(tài)監(jiān)視、 故障狀態(tài)下的安全保護(hù)和自診斷。其關(guān)鍵技術(shù)包括：（ 1）開放性模塊化的控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)：采用分布式CPU 計算機(jī)結(jié)構(gòu)

10、， 分為機(jī)器人控制器 (RC)，運(yùn)動控制器 (MC) ，光電隔離 I/O 控制板、傳感器處理板和編程示教盒等。機(jī)器人控制器 (RC)和編程示教盒通過串口 /CAN 總線進(jìn)行通訊。機(jī)器人控制器 (RC) 的主計算機(jī)完成機(jī)器人的運(yùn)動規(guī)劃、插補(bǔ)和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)字 I/O 、傳感器處理等功能， 而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。（ 2） 模塊化層次化的控制器軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)建立在基于開源的實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng) Linux 上，采用分層和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，以實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的開放性。整個控制器軟件系統(tǒng)分為三個層次：硬件驅(qū)動層、核心層和應(yīng)用層。三個層次分別面對不同的功能需求，對應(yīng)不同層次的開發(fā)，

11、系統(tǒng)中各個層次內(nèi)部由若干個功能相對對立的模塊組成，這些功能模塊相互協(xié)作共同實(shí)現(xiàn)該層次所提供的功能。（ 3） 機(jī)器人的故障診斷與安全維護(hù)技術(shù)：通過各種信息，對機(jī)器人故障進(jìn)行診斷，并進(jìn)行相應(yīng)維護(hù)，是保證機(jī)器人安全性的關(guān)鍵技術(shù)。（ 4） 網(wǎng)絡(luò)化機(jī)器人控制器技術(shù)：當(dāng)前機(jī)器人的應(yīng)用工程由單臺機(jī)器人工作站向機(jī)器.人生產(chǎn)線發(fā)展， 機(jī)器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變得越來越重要。 控制器上具有串口、現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)功能?？捎糜跈C(jī)器人控制器之間和機(jī)器人控制器同上位機(jī)的通訊，便于對機(jī)器人生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控、診斷和管理。根據(jù)計算機(jī)結(jié)構(gòu)、 控制方式和控制算法的處理方法， 機(jī)器人控制器又可分為集中式控制和分布式控制。（ 1）

12、集中式控制器。利用一臺微型計算機(jī)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能。其優(yōu)點(diǎn)是硬件成本較低，便于信息的采集和分析，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)控制，整體性與協(xié)調(diào)性較好，基于 PC 的硬件擴(kuò)展方便。其缺點(diǎn)是靈活性、可靠性、實(shí)時性較差。（ 2） 分布式控制器。主要思想是“分散控制，集中管理”，分布式系統(tǒng)常采用兩級控制方式，由上位機(jī)和下位機(jī)組成。上位機(jī)（機(jī)器人主控制器）負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)管理以及運(yùn)動學(xué)計算、軌跡規(guī)劃等，下位機(jī)由多CPU 組成，每個CPU 控制一個關(guān)節(jié)運(yùn)動。上、下位機(jī)通過通信總線相互協(xié)調(diào)工作。其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)靈活性好、可靠性提高、響應(yīng)時間短，有利于系統(tǒng)功能的并行執(zhí)行。工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)需要由相應(yīng)的硬件和軟件組成，硬件

13、主要由傳感裝置、控制裝置及關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動部分組成，軟件包括運(yùn)動軌跡規(guī)劃算法和關(guān)節(jié)伺服控制算法與相應(yīng)的工作程序。傳感裝置分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器，內(nèi)部傳感器主要用于檢測工業(yè)機(jī)器人內(nèi)部的各關(guān)節(jié)的位置、 速度和加速度等， 而外部傳感器是可以使工業(yè)機(jī)器人感知工作環(huán)境和工作對象狀態(tài)的視覺、力覺、觸覺、聽覺、滑覺、接近覺、溫度覺等傳感器?？刂蒲b置用于處理各種感覺信息， 執(zhí)行控制軟件，產(chǎn)生控制指令。關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動部分主要根據(jù)控制裝置的指令，按作業(yè)任務(wù)的要求驅(qū)動各關(guān)節(jié)運(yùn)動。六工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動軌跡與位置控制機(jī)器人的作業(yè)實(shí)質(zhì)是控制機(jī)器人末端執(zhí)行器的位姿，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位運(yùn)動或連續(xù)路徑運(yùn)。(1) 點(diǎn)位運(yùn)動（ PTP）。點(diǎn)位

14、運(yùn)動只關(guān)心機(jī)器人末端執(zhí)行器運(yùn)動的起點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)位姿，而不關(guān)心這兩點(diǎn)之間的運(yùn)動軌跡。(2) 連續(xù)路徑運(yùn)動（ CP）。連續(xù)路徑運(yùn)動不僅關(guān)系機(jī)器人末端執(zhí)行器達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的精度，而且必須保證機(jī)器人能沿所期望的軌跡在一定精度范圍內(nèi)重復(fù)運(yùn)動。機(jī)器人連續(xù)路徑運(yùn)動的實(shí)現(xiàn)是以點(diǎn)位運(yùn)動為基礎(chǔ)，通過在相鄰兩點(diǎn)之間采用滿足精度要求的直線或圓弧軌跡插補(bǔ)運(yùn)算即可實(shí)現(xiàn)軌跡的連續(xù)化。機(jī)器人再現(xiàn)時， 主控制器（上位機(jī)） 從存儲器中逐點(diǎn)取出各示教點(diǎn)空間位姿坐標(biāo)值，通過對其進(jìn)行直線或圓弧插補(bǔ)運(yùn)算， 生成相應(yīng)路徑規(guī)劃，然后把各插補(bǔ)點(diǎn)的位姿坐標(biāo)值通過運(yùn)動學(xué)逆.解運(yùn)算換成關(guān)節(jié)角度值，分送機(jī)器人各關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)控制器。工業(yè)機(jī)器人控制方式有不同的分

15、類， 如按被控對象不同可分為位置控制、 速度控制、 加速度控制、 力控制、 力矩控制、 力和位置混合控制等，而位置控制是工業(yè)機(jī)器人的基本控制任務(wù)。問題：1. 要求機(jī)器人系統(tǒng)模塊化，我們可以給機(jī)器人系統(tǒng)中各模塊發(fā)送指令，并獲取各模塊的輸出。機(jī)器人系統(tǒng)部分非核心模塊應(yīng)該可以關(guān)閉或打開，被關(guān)閉的模塊即使接受到指令也應(yīng)處非活躍狀態(tài)。2. 我們可以寫自己的模塊， 并通過個人編寫的模塊調(diào)用系統(tǒng)模塊， 實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)模塊的控制。3. 機(jī)器人路徑規(guī)劃一般給定起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，然后通過插補(bǔ)運(yùn)算得到路徑，但我希望能將路徑規(guī)劃模塊化，我可以給路徑規(guī)劃模塊實(shí)時發(fā)送終止點(diǎn)指令，獲得規(guī)劃路徑。將路徑送入運(yùn)動學(xué)逆解求解模塊獲取關(guān)

16、節(jié)的轉(zhuǎn)動角度，將該轉(zhuǎn)動角度與期望速度和加速度（速度、加速度可以實(shí)時調(diào)整）相結(jié)合控制機(jī)器人的操作空間動力學(xué)模型。在必要情況下，在未到達(dá)終止點(diǎn)時，若終止點(diǎn)發(fā)生變化，可以從當(dāng)前點(diǎn)重新規(guī)劃到新終止點(diǎn)的路徑。4. 將機(jī)器人的坐標(biāo)系（關(guān)節(jié)坐標(biāo)系、全局坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系等）模塊化，可以通過指令進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。5. 將機(jī)器人末端位置、速度、加速度和每一個關(guān)節(jié)位置、速度、加速度模塊化，我們可以調(diào)取機(jī)器人末端及關(guān)節(jié)信息，并可以直接對末端及關(guān)節(jié)位置、速度、加速度發(fā)送指令以便于進(jìn)行控制。6. 機(jī)器人中的每一個關(guān)節(jié)是否都有制動器？7. 機(jī)器人末端執(zhí)行器更換時如何進(jìn)行標(biāo)定？8. 機(jī)器人誤差補(bǔ)償模塊化。9. 機(jī)器人本體的三

17、維建模10. 公司開發(fā)的焊接機(jī)器人有沒有研究在障礙物未知情況下的避障規(guī)劃？有沒有研究碰撞檢測方面的工作？11. 把一個物體隨.1. 工業(yè)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃1.1 機(jī)器人規(guī)劃的基本概念所謂機(jī)器人的規(guī)劃 (P1anning)，指的是機(jī)器人根據(jù)自身的任務(wù)，求得完成這一任務(wù)的解決方案的過程。 這里所說的任務(wù)， 具有廣義的概念， 既可以指機(jī)器人要完成的某一具體任務(wù)， 也可以是機(jī)器人的某個動作， 比如手部或關(guān)節(jié)的某個規(guī)定的運(yùn)動等。為說明機(jī)器人規(guī)劃的概念，我們舉下面的例子：在一些老齡化比較嚴(yán)重的國家， 開發(fā)了各種各樣的機(jī)器人專門用于伺候老人，這些機(jī)器人有不少是采用聲控的方式 比如主人用聲音命令機(jī)器人 “給我倒

18、一杯開水”，我們先不考慮機(jī)器人是如何識別人的自然語言，而是著重分析一下機(jī)器人在得到這樣一個命今后，如何來完成主人交給的任務(wù)。首先，機(jī)器人應(yīng)該把任務(wù)進(jìn)行分解， 把主人交代的任務(wù)分解成為 “取一個杯子”、“找到水壺”、“打開瓶塞”、“把水倒人杯中”、“把水送給主人”等一系列子任務(wù)。這一層次的規(guī)劃稱為 任務(wù)規(guī)劃 (Task planning)，它完成總體任務(wù)的分解。然后再針對每一個子任務(wù)進(jìn)行進(jìn)一步的規(guī)劃。 以“把水倒入杯中” 這一子任務(wù)為例，可以進(jìn)一步分解成為 “把水壺提到杯口上方” 、“把水壺傾斜倒水入杯” 、“把水壺豎直”、“把水壺放回原處” 等一系列動作， 這一層次的規(guī)劃稱為 動作規(guī)劃 (Mo

19、tion P1anning) ，它把實(shí)現(xiàn)每一個子任務(wù)的過程分解為一系列具體的動作。為了實(shí)現(xiàn)每一個動作， 需要對手部的運(yùn)動軌跡進(jìn)行必要的規(guī)定， 這是手部軌跡規(guī)劃 (Hand trajectory planning )。為了使手部實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動， 就要知道各關(guān)節(jié)的運(yùn)動規(guī)律， 這是關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃 (Joint trajectory planning)。最后才是關(guān)節(jié)的 運(yùn)動控制 (Motion control) 。.上述例子可以看出， 機(jī)器人的規(guī)劃是分層次的， 從高層的任務(wù)規(guī)劃， 動作規(guī)劃到手部軌跡規(guī)劃和關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃，最后才是底層的控制 (見下圖 )。在上述例子中，我們沒有討論力的問題，實(shí)際上，對有些機(jī)

20、器人來說，力的大小也是要控制的，這時，除了手部或關(guān)節(jié)的軌跡規(guī)劃，還要進(jìn)行手部和關(guān)節(jié)輸出力的規(guī)劃。智能化程度越高，規(guī)劃的層次越多，操作就越簡單。對工業(yè)機(jī)器人來說， 高層的任務(wù)規(guī)劃和動作規(guī)劃一般是依賴人來完成的 。一般的工業(yè)機(jī)器人不具備力的反饋， 所以，工業(yè)機(jī)器人通常只具有軌跡規(guī)劃的和底層的控制功能。（要實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)同裝配，則人也負(fù)責(zé)完成軌跡形狀（直角空間）和時間（人的動作時間） 的規(guī)劃，怎么使機(jī)器人理解人的軌跡形狀并得到關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角、速度、加速度等呢？）軌跡規(guī)劃的目的是將操作人員輸入的簡單的任務(wù)描述變?yōu)樵敿?xì)的運(yùn)動軌跡描述。例如，對一般的工業(yè)機(jī)器人來說， 操作員可能只輸入機(jī)械手末端的目標(biāo)位置和方位， 而

21、規(guī)劃的任務(wù)便是要確定出達(dá)到目標(biāo)的關(guān)節(jié)軌跡的形狀、 運(yùn)動的時間和速度等。這里所說的軌跡是指隨時間變化的位置、速度和加速度。簡言之，機(jī)器人的工作過程， 就是通過規(guī)劃， 將要求的任務(wù)變?yōu)槠谕倪\(yùn)動和力.（通過機(jī)器人動力學(xué)方程得到末端的輸出力與轉(zhuǎn)矩， 如何控制機(jī)器人末端輸出的力和轉(zhuǎn)矩呢？），由控制環(huán)節(jié)根據(jù)期望的運(yùn)動和力的信號， 產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用，以使機(jī)器人輸出實(shí)際的運(yùn)動和力， 從而完成期望的任務(wù)。 這一過程表述如下圖所示。這里，機(jī)器人實(shí)際運(yùn)動的情況通常還要反饋給規(guī)劃級和控制級， 以便對規(guī)劃和控制的結(jié)果做出適當(dāng)?shù)男拚?。上圖中，要求的任務(wù)由操作人員輸入給機(jī)器人， 為了使機(jī)器人操作方便、 使用簡單， 必須

22、允許操作人員給出盡量簡單的描述 。上圖中，期望的運(yùn)動和力是進(jìn)行機(jī)器人控制所必需的輸入量， 它們是機(jī)械手末端在每一個時刻的位姿和速度， 對于絕大多數(shù)情況， 還要求給出每一時刻期望的關(guān)節(jié)位移和速度，有些控制方法還要求給出期望的加速度等。1.2 機(jī)器人 PTP 控制和 CP 控制對于 PTP（Point to Point）控制 :通常只給出機(jī)械手末端的起點(diǎn)和終點(diǎn)， 有時也給出一些中間經(jīng)過點(diǎn)， 所有這些點(diǎn)統(tǒng)稱為 路徑點(diǎn)。應(yīng)注意這里所說的“點(diǎn)” 不僅包括機(jī)械手末端的位置，而且包括方位，因此描述一個點(diǎn)通常需要 6 個量。通常希望機(jī)械手末端的運(yùn)動是光滑的，即它具有連續(xù)的一階導(dǎo)數(shù)， 有時甚至要求具有連續(xù)的二階

23、導(dǎo)數(shù)。 不平滑的運(yùn)動容易造成機(jī)構(gòu)的磨損和破壞， 甚至可能激發(fā)機(jī)械手的振動。 因此規(guī)劃的任務(wù)便是要根據(jù)給定的路徑點(diǎn)規(guī)劃出通過這些點(diǎn)的光滑的運(yùn)動軌跡。對于 CP 控制:機(jī)械手末端的運(yùn)動軌跡是根據(jù)任務(wù)的需要給定的 ，但是它也必須按照一定的采樣間隔，通過逆運(yùn)動學(xué)計算， 將其變換到關(guān)節(jié)空間， 然后在關(guān)節(jié)空間中尋找光滑函數(shù)來擬合這些離散點(diǎn) 最后，還有在機(jī)器人的計算機(jī)內(nèi)部如何表示軌跡， 以及如何實(shí)時地生成軌跡的問題。.1.3 關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃和直角空間軌跡規(guī)劃軌跡規(guī)劃問題又可以分為關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃和直角空間的軌跡規(guī)劃。（ 1）關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃關(guān)節(jié)空間法首先將在工具空間中期望的路徑點(diǎn)， 通過逆運(yùn)動學(xué)計算，

24、得到期望的關(guān)節(jié)位置， 然后在關(guān)節(jié)空間內(nèi)， 給每個關(guān)節(jié)找到一個經(jīng)過中間點(diǎn)到達(dá)目的終點(diǎn)的光滑函數(shù)， 同時使得每個關(guān)節(jié)到達(dá)中間點(diǎn)和終點(diǎn)的時間相同， 這樣便可保證機(jī)械手工具能夠到達(dá)期望的直角坐標(biāo)位置。 這里只要求各個關(guān)節(jié)在路徑點(diǎn)之間的時間相同，而各個關(guān)節(jié)的光滑函數(shù)的確定則是互相獨(dú)立的。下面具體介紹在關(guān)節(jié)空間內(nèi)常用的兩種規(guī)劃方法1） 三次多項(xiàng)式函數(shù)插值考慮機(jī)械手末端在一定時間內(nèi)從初始位置和方位移動到目標(biāo)位置和方位的問題。利用逆運(yùn)動學(xué)計算， 可以首先求出一組起始和終了的關(guān)節(jié)位置 現(xiàn)在的問題是求出一組通過起點(diǎn)和終點(diǎn)的光滑函數(shù)。 滿足這個條件的光滑函數(shù)可以有許多條，如下圖所示：顯然，這些光滑函數(shù)必須滿足以下條件：.a0q0a10a232q fq0t fa323q fq0t f.2）拋物線連接的線性函