《机器人控制的实际应用》思考题与习题.pdf

哈工大机电工程学院硕士研究生课程 《机器人控制的实际应用》 课程学习指导、思考题与习题 哈工大机电工程学院机械设计系仿生仿人机器人及其智能运动控制研究室 教授、博导 吴伟国 编写 2009年9月 第一部分：学习指导 第一章 绪论——机器人操作臂理论与技术基础概述 一、教学目的和教学要求 通过本章学习，重点掌握本课程研究的工业机器人操作臂在目前机器人技术 发展概况、本课程所讲述的工业机器人操作臂所处的应用技术较成熟的第 2 代机 器人位置、机器人操作臂的机构构成、机器人控制所需的基本方法概述、本课程 内容的构成。 二、教学内容和重点知识解析 主要讲授：机器人操作臂理论与技术基础概述 重点知识解析： 1、机器人操作臂的发展现状综述； 2 、机器人操作臂的基本构成； 3、机器人操作臂的基本控制方法（本课程内容的构成） 第二章 机器人操作臂运动学 一、教学目的和教学要求 通过本章学习，重点掌握机器人操作臂机构的构成、位置表示、坐标变换、 正运动学和逆运动学等机器人操作臂控制所需的基础知识，从而通过本章学习达 到将机器人操作臂末端操作器运动与各关节运动之间的关系上升到位置表示、数 学关系表达、求解方法的理论程度，为实际的编程做好理论准备。要求学员具备 矢量、矩阵等线性代数基础、机械原理有关机构、运动副、自由度等基本概念和 基础知识。 二、教学内容和重点知识解析 - 1 - 1 主要讲授：机器人操作臂运动学的基本概念、分析方法、逆运动学求解方法 重点知识解析： 1、机器人机构与位置、姿态表示：关节、自由度、机构、末端操作器位姿； 2 、坐标系的表示和坐标变换：各种坐标系表示、回转/平移/齐次变换矩阵、 D-H 参数法及关节坐标系建立； 3、正运动学：什么是正运动学（或运动学正问题）？矩阵齐次变换法、解 析法、实例； 4 、逆运动学；何谓逆运动学（或运动学逆问题）？几何法、矩阵齐次变换 法、实例等。 第三章 机器人操作臂动力学 一、教学目的和教学要求 通过本章学习，重点掌握机器人动力学研究的意义和必要性、用拉格朗日方 程推导机器人操作臂的运动方程式、机器人操作臂动力学的牛顿-欧拉法等主要 内容，为设计基于模型的控制器做好理论准备。 二、教学内容和重点知识解析 主要讲授：机器人操作臂运动方程式建立、各参数物理意义及不确定性参数 重点知识解析： 1、何谓动力学？为什么要研究机器人操作臂动力学？ 2 、拉格朗日方程法及运动方程式； 3、用拉格朗日法推导运动方程式的两个实例； 4 、牛顿—欧拉法简介及两种方法比较。 第四章 机器人操作臂参数识别 一、教学目的和教学要求 通过本章学习，重点掌握机器人操作臂参数识别的必要性、原理与方法，为 建立实际工业机器人操作臂（所谓“实际”指的是已经制造成为样机实体或购买 到的机器人操作臂产品）较为准确的动力学模型做好获得各项物理参数的准备工 作。 二、教学内容和重点知识解析 - 2 - 2 主要讲授：机器人操作臂运动方程式中各参数物理意义及不确定性、参数识 别基本原理与方法（含算法）。 重点知识解析：以两自由度机器人操作臂为例 1、机器人操作臂动力学方程式中的物理参数及基底参数确立； 2 、参数逐次识别法及实验步骤； 3、参数识别实验数据处理的最小二乘法。 第五章 机器人操作臂位置/轨迹控制 一、教学目的和教学要求 通过本章学习，重点掌握机器人操作臂 PD 控制及稳定性、动态控制、前馈