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直角坐标解耦控制 动力学解耦的直角坐标控制方案 所表示的控制器允许直接描述直角坐标轨迹，而无需进行轨迹变换。 机器人力控制 需要采用力控制的作业情况 约束条件 约束坐标系 力控制的基本原理 稳态误差分析 实际应用的伺服规则 需要采用力控制的作业情况 在喷漆、点焊、搬运时所使用的机器人，一船只要求其末端操作器(喷枪、焊枪、手爪等)沿某一预定的路径运动，运动过程中末端操作器始终不与外界任何物体相接触。这时，只需对机器人进行位置控制。 在装配、加工、抛光等作业中，工作过程中要求机器人手爪与作业对象接触，并保持一定的压力。此时，如果只对其实施位置控制，有可能由于机器人的位姿误差及作业对象放置不准，或者使手爪与作业对象脱离接触，或者使两者相碰撞而引起过大的接触力，其结果，不是机器人手爪在空中晃动，就是造成机器人或作业对象的损伤。对于这类作业，一种比较好的控制方案是：控制手爪与作业对象之间的接触力。这样，即使是作业对象位置不准确，也能保持手爪与作业环境的正确接触。相应地，对机器人的控制，除了在一些自由度方向上进行位置控制外，还需要在另一些自由度方向上进行力控制。 约束条件 力是在两物体相互作用后才产生的，为了对机器人进行力控制，就需要分析机器人手爪与环境的约束条件，根据约束条件制定控制策略。 自然约束条件：机器人手抓接触外界环境时自然生成的约束条件。 人为约束条件：人为给定的约束，用来描述机器人预期的运动或施加的力，也就是说，当要描述与其的位置或里的轨迹时，就要定义一组认为约束条件。 约束条件 自然约束条件与人为约束条件表达了位置控制与力控制的对偶性。 例如，当机器人手爪与静止的工作平台表面接触时，由于存在自然位置约束，所以手抓不能自由地通过平台表面，但可在该方向施加力控制；如果不考虑接触面上的摩擦力，这时沿平台表面存在切向力为零的自然力约束，可以施加位置控制。 人为约束条件必须与自然约束条件相适应，因为在一个给定的自由度上不能同时对力和位置实施控制。因此，机器人手爪在工作平台上完成作业时，人为约束条件只能是沿平台表面的路径轨迹和在平台表面垂直方向上的接触力。 约束坐标系 约束坐标系： 在许多机器人的作业任务中，可以定义这样一个广义平面：沿此广义平面的法线方向有自然位置约束，可施加人为力约束，即实施力控制；而沿切线方向有自然力约束，可施加人为位置约束，即实施位置控制。 为了便于描述，可用一个坐标系{C}来取代这一广义平面，该坐标系{C}称为约束坐标系，它总是处于与某项具体任务有关的位置。这样，执行一项作业任务就可以用一组在{C}坐标系中定义的约束条件来表示。 约束坐标系 约束坐标系的选取：一般应建立在机器人手爪与作业对象相接触的界面上。 约束坐标系的特点： {C}为直角坐标系，以方便描述作业操作； 视任务的不同，{C}可能在环境中固定不动，也可能随手抓一起运动； {C}有六个自由度，任意时刻的作业均可分解为沿{C}中每一自由度的位置控制或力控制。 建立机器人拧螺钉作业任务时的约束坐标系并依作业进程确定自然约束和制定人为约束条件。 约束坐标系{C}的建立：{C}的坐标原点CO固定在螺钉孔中心线上，CZ轴和中心线重合，而CX、CY轴方向恒定。 定义机器人手爪在{C}中六个自由度上的六个位移分量：即x、y、z为沿{C}各坐标轴的位移分量；?x、?y、?z为绕{C}各坐标轴的角位移分量。 定义机器人手爪施加给螺钉的力在{C}中六个自由度上的分量：即fx、fy、fz为沿{C}各坐标轴的力分量；mx、my、mz为绕{C}各坐标轴的力矩分量。 宁螺钉操作及 约束坐标系 当螺钉进入螺钉孔下行时: 手爪在在{C}中六个自由度上的六个位移分量状态为： 自然约束与人为约束表达式为： 机器人手爪施加给螺钉的力/力矩分量状态为： 宁螺钉操作及 约束坐标系 * 4 机器人控制 机器人控制的特点 机器人控制的分类 机器人位置控制 机器人力控制 机器人位置/力控制 机器人控制的特点 传统自动机械的控制以自身的动作为重点，而机器人的控制更着重本体与操作对象的相互关系。无论以多么高的精度控制手臂，若不能夹持并操作物体达到目标位置，作为机器人来说就失去了意义； 机器人的控制与机构运动学及动力学密切相关，经常要求解运动学正问题和逆问题，并且由于各关节之间惯性力、哥氏力的耦合作用以及重力负载的影响，使控制问题也变得复杂； 即使一个简单的机器人也至少有3-5个自由度，每个自由度一船包含一个伺服机构，多个独立的伺服系统必须有机地协调起来，组成一个多变量的控制系统，计算机软件担负着艰巨的任务； 机器人控制的特点 描述机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着状态的变化，其参数也在变化，各变量之间还存在耦合。因此，仅仅是位置闭环是不够的，还要利用速度，甚至加速度闭环。系统中还经常