1机器人学概论第九讲.pptVIP

*/60 机器人的柔顺控制 位置控制律（续） Kpp、Kpd的取值应使各关节的动态响应特性为临界阻尼或稍微有点过阻尼。取： 其中，I为单位阵，?n为自然振荡频率，?为系统的阻尼比 若取? 1， ?n 20，则： Kpd 40I Kpp 400I 此外， Kpi不能太大。否则，系统初始偏差较大时会引起振荡 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 R-C力和位置混合控制系统的控制律 力控制律 加速度前馈 对重力、哥氏力和向心力的补偿 约束反力 在改进的R-C力和位置混合控制器中，令S 0, 控制机器人末端在z0方向上受到反作用力。 阻尼反馈 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 力控制律（续） 对三连杆机械手进行力控制时，取力控制选择矩阵为： 希望的力为： 约束反力为： 不考虑积分作用时的控制器方程为： m 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 力控制律（续） 机械手的动态方程为： 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 力控制律（续） J31 0, 所以： 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 力控制律（续） 关节1对力控制不起作用，关节2、3起作用 如果约束面刚性较大，往往f fd。若力控制比例增益Kfp选得过大，关节2、3很快加速或减速，末端会不停地与接触面碰撞，甚至引起系统振荡。 力反馈阻尼增益Kfd选得越大, 动态响应越慢。 Kfj不能选得过大，而且要对其加一个非线性限幅器。 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 力和位置混合控制律 设约束坐标系与基坐标系重合。要求的作业为： 在基坐标系的z0方向进行力控制 在与x0y0平行的约束面上进行位置控制 适从选择矩阵选为： 期望末端轨迹： 实际末端轨迹： 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 力和位置混合控制律（续） 于是，有： 对机械手的控制输入： 机械手的动态方程为： 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 力和位置混合控制律（续） 只有当?f 0时，系统中的力控制和位置控制才互不影响。 混合控制中的力控制子系统的性能，对整个系统的性能产生重要作用。 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 力和位置混合控制方案（续） 存在问题： 末端特性直接影响加工质量 末端运动是所有关节运动的复杂函数 即使每个关节的动态性能可行，末端的动态性能也未必满足要求 当动态摩擦和连杆挠性特别显著时，上述问题尤其突出。 操作空间的力和位置混合控制 Khatib提出操作空间的力和位置混合控制 在坐标系 C 中直接建立控制算法 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 力和位置混合控制方案（续） 操作空间的力和位置混合控制 动能矩阵 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 柔顺运动的位移和力混合控制 对于三自由度直角坐标机器人，要求末端E沿刚性自由面S上的R曲线做有接触恒速 V运动，并保持在曲面法 线方向施加给S的接触压力 为Qn。忽略E和S间摩擦力。 选择基坐标系Oxyz在空间固定 位置。柔顺运动控制坐标系 原点Oc总是在E与R的实际接 触点, zc与S的法线方向一致， xc与V的方向一致。 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 柔顺运动的位移和力混合控制（续） 任一时刻?c对?的位姿可以表示为： 如果末端与S间的接触压力消失，E上的原接触点会发生偏移，记为?中的位置矢量E, E [x y z]T 。偏移矢量在基坐标系中的表示为： Eb E-Pc。将其在?c坐标系中的表示记为Ec，则： Ec的xc轴分量Exc为： Exc在基坐标系中的表示为： E Pc Eb O 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 柔顺运动的位移和力混合控制（续） 同理，可得yc轴向位移控制的位移误差 zc轴向位移控制，产生接触压力Qn的位移误差为： 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 柔顺运动的位移和力混合控制（续） 同理，有： 于是，有： ?c中的刚度矩阵Kc一般为对角阵，即： Kc在?中的等效阻抗为K，即： 根据虚功相等得到,见P155 第七章 机器人力控制 */60 机器人的柔顺控制 柔顺运动的位移和力混合控制（续） Jc为?c中的雅可比矩阵，即： 将e设计为伺服控制系统的输入控制器的刚度依据K设计 第七章 机器人力控制 */60 机器人的分解运动控制 分解运动控制原理 各关节电机联合运动，并分解为沿各笛卡儿坐标轴的独立可控运动。 机械手相对于基坐标系的位置可以表示为： 用横滚、俯仰和偏转角表示为： 第七章 机器人力控制 */60 机器人的分解运动控制 分解运动