机器人的运动控制

2、4 手臂的控制2、4、1 运动控制 对于机器人手臂的运动来说,人们通常关注末端的运动,而末端运动乃就是由各个关节的运动合成实现的。因而必须考虑手臂末端的位置、姿态与各个关节位移之间的关系。此外

机器人的运动控制 24 、手臂的控制 241 、、运动控制 ,, 对于机器人手臂的运动来说人们通常关注末端的运动而末端运动乃就是由 各个关节的运动合成实现的。因而必须考虑手臂末端的位置、姿态与各个关节位 ,, 移之间的关系。此外手臂运动不仅仅涉及末端从某个位置向另外一个位置的移 ,, 动有时也希望它能沿着特定的空间路径进行移动。为此不仅要考虑手臂末端的 ,, 位置而且还必须顾及它的速度与加速度。若再进一步从控制的观点来瞧机器人 ,, 手臂就是一个复杂的多变量非线性系统各关节之间存在耦合为了完成高精度运 , 动必须对相互的影响进行补偿。 1. 关节伺服与作业坐标伺服 n,n 现在来研究个自由度的手臂设关节位移以维向量 ,i, 表示就是第个关节的位移刚性臂的关节位移与末端位置、姿态之间的关系 : 以下式给出 (1) m, 就是某作业坐标系表示的维末端向量当它表示三维空间内的位置姿态 ,m=6(1),, 时。如式所示对刚性臂来说由于各关节的位移完全决定了手臂末端的位 ,, 置姿态故如欲控制手臂运动只要控制各关节的运动即可。 : 设刚性臂的运动方程式如下所示 (2) ,;, 式中为手臂的惯性矩阵为表示离心力与哥氏力的向量 ;; 为粘性摩擦系数矩阵为表示重力项的向量 为关节驱动力向量。 机器人手臂的驱动装置就是一个为了跟踪目标值对手臂当前运动状态进行 , 反馈构成的伺服系统。无论何种伺服系统结构控制装置的功能都就是检测各关 ,, 节的当前位置及速度将它们作为反馈信号最后直接或间接地决定各关节的 驱动力。 1 图给出了控制系统的构成示意图。来自示教、数值数据或外传感器的信号 ,, 等构成了作业指令控制系统根据这些指令在目标轨迹生成部分产生伺服系统需 , 要的目标值。伺服系统的构成方法因目标值的选取方法的不同而异大体上可以 , 分为关节伺服与作业坐标伺服两种。当目标值为速度、加速度量纲时分别称之 ,23 为速度控制或加速度控制关于这些将在本节、与、中加以叙述。 1