资源描述
1常用的机器人控制常用的机器人控制结构构1常用的机器人控制结构2运运动的的实现 轮式式 履履带式式 腿式腿式2运动的实现 轮式 履3Effectors与与ActuatorsnEffectors：操：操纵装置装置device on a robot that has an effect(impact or influence)on the environment比如腿，比如腿，轮子，手臂等子，手臂等nActuators：执行机构行机构Mechanism that enables the effector to work比如比如电机、液机、液压缸、气缸、气压缸等缸等3Effectors与ActuatorsEffectors：4运运动的机理的机理nInteraction forcese.g.frictionContact pointsInteraction forces4运动的机理Interaction forcesContac5n机器人本体运机器人本体运动 locomotionn移移动环境物体境物体 manipulation运运动装置的作用装置的作用5机器人本体运动 locomotion运动装置的作用6直流直流电机机n优点：点：简单、价廉、性能可靠、易、价廉、性能可靠、易于使用、易于于使用、易于购买n输入：入：电流或者流或者电压n速度：速度：3k9krpm(50150rps)n问题：速度速度较高高/力矩力矩较小小6直流电机优点：7传动装置装置n目的目的:改改变直流直流电机的机的输出力矩出力矩！ntorqueout torquein/radiusn问题:如何增加如何增加输出力矩呢出力矩呢?n解决方法：解决方法：设计传动装置装置！7传动装置目的:改变直流电机的输出力矩！8传动装置装置齿轮减速比减速比3:1驱动轮(1)从从动轮(2)n电机机输出功率出功率 torque*vrotnvrot,2=vrot,1/3 torque2 =torque1*38传动装置齿轮减速比3:1驱动轮(1)从动轮(2)9传动装置装置n如何如何获取更大的取更大的齿轮比，比如比，比如9:1?使用更大的使用更大的齿轮使用更多的使用更多的齿轮n产生的生的问题：齿隙隙增大摩擦增大摩擦浪浪费能量能量n解决方法解决方法:“变速箱速箱”GearBox9:1 gear reductionwith ganged gearsinputoutput9传动装置如何获取更大的齿轮比，比如9:1?9:1 gear10电机伺服机伺服n目的目的:以以转动到到给定位置定位置 代替代替电机的机的连续运运转n组成成结构构电机本体机本体减速箱减速箱位置或速度位置或速度传感器感器控制器或控制器或驱动器器n输入信号入信号:经过脉冲脉冲调制的制的电压信号信号10电机伺服目的:以转动到给定位置11NXT Motor（LEGO）电机机齿轮编码器器齿轮组主主传动轴11NXT Motor（LEGO）电机齿轮编码器齿轮组主传动12NXT Motor转速速vs功率曲功率曲线No load,no servo,9VNo load,no servo,7.2V11.5 Ncm load,no servo,9V NXT11.5 Ncm load,servo,9V11.5 Ncm,load,servo,7.2VSource:12NXT Motor转速vs功率曲线No load,no13131414151516自由度自由度 Degrees of Freedomn位姿自由度：系位姿自由度：系统在空在空间中的位姿描述所中的位姿描述所需需变量的个数。量的个数。16自由度 Degrees of Freedom位姿自由度17可控自由度可控自由度n可控自由度可控自由度vs不可控自由度不可控自由度17可控自由度可控自由度vs不可控自由度18根据自由度系根据自由度系统的分的分类nTDOF=CDOF Holonomic(完整完整)比如直升机比如直升机nTDOF CDOF Nonholonomic(非完整非完整)比如汽比如汽车nCDOF TDOF Redundant(冗余冗余)比如机械手臂比如机械手臂n3 shouldern1 elbown3 wrist 18根据自由度系统的分类TDOF=CDOF Holo19轮式移式移动机器人机器人n主要移主要移动方式：方式：轮子子n静静态稳定条件：定条件：至少需要至少需要2 2个个轮子，一般子，一般带有有3 3个个轮子！子！n如果超如果超过三个三个轮子，会子，会产生什么生什么问题？为保持与地面的接触，需要保持与地面的接触，需要悬挂系挂系统（suspensionsuspension is required is required）！）！n设计时需要考需要考虑的主要的主要问题：轮子的子的类型和大小型和大小19轮式移动机器人主要移动方式：20四种常四种常见的的轮子子类型（型（1）n标准准轮 (a):(a):速度与速度与1 1个方向个方向1 1个旋个旋转轴n小脚小脚轮(b):(b):速度与速度与2 2个方向个方向2 2个旋个旋转轴n转动轴n偏心偏心轴a)b)20四种常见的轮子类型（1）标准轮(a):a)b)21四种常四种常见的的轮子子类型（型（2）n瑞典瑞典轮 (c):(c):速度与速度与2 2个方向个方向2 2个旋个旋转轴n转动轴n滚轴n球形球形轮 (d)(d)速度与速度与2 2个方向个方向真正的全向真正的全向轮c)d)21四种常见的轮子类型（2）瑞典轮(c):c)d)22轮子的排列方式（子的排列方式（1 1）n两两轮排列排列22轮子的排列方式（1）两轮排列23轮子的排列方式（子的排列方式（2 2）n三三轮排列排列万向万向驱动同步同步驱动23轮子的排列方式（2）三轮排列万向驱动同步驱动24同步同步驱动方案方案Denning-MRV224同步驱动方案Denning-MRV225万向万向驱动方案方案TriboloOmnidirectional Drive with 3 Spheric Wheels25万向驱动方案Tribolo26轮子的排列方式（子的排列方式（3 3）n四四轮排列排列26轮子的排列方式（3）四轮排列27轮子的排列方式（子的排列方式（4 4）n六六轮排列排列27轮子的排列方式（4）六轮排列28六六轮机器人机器人SHRIMP28六轮机器人SHRIMP29机器人的运机器人的运动控制控制n已知已知机器人的运机器人的运动学模型学模型/动力学模型力学模型机器人机器人轮子与地面之子与地面之间的接触模型的接触模型n要求的运要求的运动控制目控制目标 n速度控制速度控制 n位姿控制位姿控制满足要求的控制律足要求的控制律29机器人的运动控制已知30移移动机器人的运机器人的运动学模型学模型n目目标:机器人速度机器人速度n轮子子转动速度速度n导航角及角速度航角及角速度n几何参数，比如几何参数，比如长度、度、宽度等度等n前向运前向运动学模型：学模型：n逆向运逆向运动学模型：学模型：30移动机器人的运动学模型目标:31差差动驱动的两的两轮机器人机器人31差动驱动的两轮机器人32环境坐境坐标系系:机器人坐机器人坐标系系:机器人位置坐机器人位置坐标:两个坐两个坐标系之系之间的坐的坐标变换：机器人位置的表示机器人位置的表示32环境坐标系:机器人位置的表示33示例示例33示例34环境坐境坐标系系:机器人坐机器人坐标系系:机器人位姿坐机器人位姿坐标:两个坐两个坐标系之系之间的坐的坐标变换：机器人位置的表示机器人位置的表示34环境坐标系:机器人位置的表示35示例示例35示例36运运动学学误差模型（差模型（1）36运动学误差模型（1）37运运动学学误差模型（差模型（2）37运动学误差模型（2）38轨迹跟踪控制律迹跟踪控制律设计当当Kx,Ky,K,均均为正常数正常数时,且且+=1 当当v vd d,d d,dv,dvd d/dt,d/dt,dd d/dt/dt 有界有界根据根据38轨迹跟踪控制律设计当Kx,Ky,K,39仿真仿真结果果对圆的跟踪的跟踪Kx=1,Ky=1,K=1,=0.5,=0.5 39仿真结果对圆的跟踪Kx=1,Ky=1,K=1结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End结束语40感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日 感谢聆听演讲人：XXXXXX 时 间：XX年41
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