哈工大继续教育职称微小机器人控制学习心得.docVIP

微小机器人控制 2013年学习心得 2013年通过学习微小机器人对探讨工业仿生机器人应用于工业生产、科研实验等实际操作任务前应具备的基础理论和技术，如工业仿生机器人运动学、动力学、工业机器人样机或本体产品的物理参数识别、末端操作器操作轨迹规划、各种控制方法与技术等内容进一步掌握。学习涉及到机械原理、机械设计、理论力学、自动控制理论基础、线性代数、机电一体化等机械工程类大学本科所学的专业基础课程的知识，使自己对仿生机器人控制的实际应用有了更全面、更深入的认识和理解，尤其对机器人控制在原理、结构级成及控制策略上加深了理解，理论上得到了提高，下面就具体谈谈学习上的一些体会： 一、全自立型仿生机器人理论与技术基础 1. 机器人控制技术基础 机构 —— 通过关节（运动副）将杆件连接起来，在原动机作用下将个关节的运动变换成末端操作器的运动，实现某种作业； 关节空间—各关节运动可用变量表示：回转关节（回转副）—关节角；移动副移动量 —— 用位移来表示移动量；螺旋副 — 回转角度与位移的函数关系。将各关节（运动副）的运动量用变量表示，然后，将这些变量集合起来用矢量表示，则这些变量构成了关节空间。 机器人的自由度——由原动机驱动的独立运动副，串联杆件机构自由度——1个原动机对应1个自由度； 欠自由度机构——存在无原动机驱动的自由度。 机构的运动变换←→关节空间与作业空间变换的映射关系——机构运动变换问题完全转化为输入矢量、运动转换函数与输出三者之间的数学问题，则包括冗余度在内的机器人机构正、逆运动学问题完全可以用空间映射关系和关系式表达出来。 几何法 —— 根据几何学上的作图、投影关系、臂形标志等几何分析得到简单的数学关系求解运动学 矩阵齐次变换法——按着规定的D-H法则设定各关节坐标系、建立D-H参数，写出各关节的齐次变换矩阵，得到由关节空间确定的末端操作器位姿矩阵，再根据末端作业规划的位姿矩阵与之的元素对应关系求解运动学问题。矢量分析 等等其中：用上述各方法，6自由度以内的串联杆件机构都能得到解析解。 动力学正问题 ——即给定力和力矩，用动力学方程求解关节的加速度，再积分求得广义坐标和速度。 动力学逆问题 ——即给定需要的广义坐标和它的前两阶时间导数，求广义力和力矩。 具体方法：拉格朗日-欧拉法、牛顿-欧拉法、广义达朗贝尔方程。 基底参数 —— 设几何参数已知，则把为确定给定机器人操作臂的运动方式所需要的而且是足够的参数的集合定义为基底参数。 为实现“动态控制”而采用的力学方程式的计算被称为“逆动力学问题”。即为某机器人被给定运动时，求解实现该运动所需要的驱动力矩的问题。其输入为瞬间各关节的转角、角速度、角加速度，计算结果能用不只离心力、科氏力、重力，还含有线性项的形式来得到。其计算误差越小越好的机器人将通过前馈或者反馈来接近理想的线性控制器。因此，应尽可能采用将实际机器人正确模型化的运动方程式，知道正确的参数，是最重要的。此外，要求采样时间尽可能短以接近连续性系统。依靠控制算法，寻求实时地计算运动方程式的数值解，快速求解逆动力学的方法。 2. 全自立型机器人系统设计的元器件基础 全自立仿生型机器人系统特点及设计要求： 1) 重量/体积比要小—追求与生物相当的性能目标; 2) 结构紧凑、集成化程度要高— 所有的驱动与控制系统硬件、软件、传感器、通信设备等全部集成在机器人机械本体内； 3) 在形体上与生物相似(形似)— 外观设计要求。从而给机械本体和系统的集成化设计带来难度； 4) 机械结构设计复杂，必须考虑整体刚度、强度问题，而且必须综合解决搭载设备、元件所需空间与形体要求相悖、布线以及维护等问题。 全自立仿生型机器人系统设计对元器件要求： 1) 驱动元件—要求电机、气缸等高功率体积小。要综合考虑能源消耗、带载能力、驱动与控制元件体积等因素； 2) 能源供给— 电池、泵等。DC电池情况下，多为电池组以获得大电流及电压，同等功率下，电池组体积大小与所用电机的额定电压、电流有关； 3) 传动元件—体积要小且具有较高的传动精度和刚度。集成化的机器人总重比非集成化的要高，相当于增加了关节传动元件的负载，关节刚度和运动精度降低将产生附加动载荷，从而降低了有效驱动能力。 传动方式与传动件 同步齿形带传动：谐波传动与谐波减速器元件：行星齿轮减速器与多级齿轮减速器：绳索绳轮传动：滚珠丝杠传动：直线导轨： 传感元件及原理 光电编码器—位置、速度传感器：用于类机器人关节位置、速度控制。超声波传感器——测距传感器：用于各种移动机器人、仿人仿生机器人。加速度传感器：用于仿人仿生机器人。力传感器：用于各种操作型机器人力控制、仿人仿生机器人力反馈控制。视觉传感器：用于各种操作型机器人视觉、仿人仿生机器人视觉识别。人体感知传感器：用于各种移动机器人、仿人仿生机器人。嗅觉