《机器人技术基础》课件.pptVIP

*******************《机器人技术基础》本课件介绍机器人技术的核心概念，从基本原理到应用实践，涵盖机械结构、控制系统、传感器、规划与导航等方面。机器人的定义和起源定义机器人是指能够自动执行任务的机器。起源最早的机器人概念可以追溯到古代，例如自动机和机械玩具。发展现代机器人技术始于20世纪50年代，并经历了高速发展。机器人的基本组成部分执行器执行器是机器人的“四肢”，用于完成各种动作，例如移动、抓取和操作物体。传感器传感器是机器人的“感官”，用于感知周围环境，例如距离、颜色、温度和压力。控制器控制器是机器人的“大脑”，负责接收传感器信息、处理数据，并发出控制指令给执行器。工作台工作台是机器人的“身体”，用于固定机器人的其他组成部分，并为机器人提供工作空间。机器人执行器的原理和种类机器人执行器执行器是机器人的“肢体”，完成具体的动作任务。常见类型包括关节式、直角坐标式和SCARA式等。执行器的种类常见执行器包括液压执行器、气动执行器、电机执行器等。不同的执行器具有不同的优缺点，适合不同的应用场景。执行器的选择选择合适的执行器需要根据机器人的工作任务、负载、工作环境等因素综合考虑。执行器的控制执行器由控制系统驱动，通过控制信号实现精准的动作控制。机器人传感器原理和种类1传感器概述机器人感知外界环境的关键2类型视觉传感器、触觉传感器、力传感器、距离传感器等3工作原理将物理量转换为电信号4应用导航、定位、避障、抓取等机器人传感器是其感知外部环境和自身状态的关键组件。通过感知周围环境，机器人能够有效地完成任务，例如导航、避障、抓取等。机器人控制系统概述机器人控制系统是机器人的核心，负责接收来自外部的指令，并根据指令控制机器人执行各种动作。它包含硬件和软件两部分，硬件部分包括控制器、传感器、执行器等，软件部分包括控制算法、运动规划、人机交互等。机器人控制系统的框架结构机器人控制系统由多层结构组成，各层之间相互协作，完成机器人控制功能。1应用层实现机器人特定任务的功能2任务规划层生成机器人运动轨迹和控制指令3运动控制层执行运动控制指令，控制关节运动4驱动层驱动电机，提供机器人动力应用层根据具体任务需求，设计相应的控制策略。任务规划层负责生成机器人运动轨迹和控制指令，运动控制层负责执行控制指令，驱动层负责控制电机，提供机器人动力。机器人控制系统的硬件结构控制器控制器的核心是微处理器，负责接收传感器数据，执行控制算法，发送指令给执行器。执行器执行器由电机、减速器、驱动器等组成，负责将控制器的指令转换为机器人的运动。传感器传感器负责感知机器人的状态和环境信息，例如位置、速度、力矩、距离等。通讯接口通讯接口负责控制器、执行器、传感器之间的数据传输，常见的接口包括以太网、USB、串口等。机器人控制系统的软件结构11.应用程序层负责与用户交互，设定任务，并监控机器人运行。22.运动控制层规划机器人运动轨迹，控制机器人关节运动。33.驱动控制层控制电机驱动器，实现对电机速度和位置的精准控制。44.实时操作系统提供实时任务调度和资源管理，确保系统高效稳定运行。机器人控制算法基础运动控制算法机器人运动控制算法用于规划机器人的轨迹，并控制其运动，实现精确的操作。常见算法包括关节空间轨迹规划、笛卡尔空间轨迹规划、路径规划等。感知控制算法感知控制算法利用传感器数据，例如视觉信息、距离信息等，来感知环境并做出相应的决策。常见的感知控制算法包括视觉伺服控制、基于SLAM的导航控制等。机器人运动学分析1描述机器人位置机器人运动学分析描述机器人各构件的位置和姿态，用于理解机器人的运动轨迹和空间状态。2关节变量关节变量描述机器人各个关节的运动参数，例如关节角度、平移距离等，是描述机器人运动状态的关键因素。3运动学模型通过建立机器人运动学模型，可以将关节变量与末端执行器的位置和姿态建立联系，从而预测和控制机器人运动。机器人动力学分析运动方程的建立根据牛顿定律和拉格朗日方程等，建立描述机器人运动的微分方程，该方程描述了机器人系统中各个关节的力和力矩之间的关系。动力学模型的简化为了简化动力学模型，通常采用线性化、近似和简化模型，以便于分析和控制。动力学参数辨识通过实验或仿真方法，估计机器人的惯性、摩擦系数、重力等动力学参数，用于提高模型精度。动力学控制策略根据动力学模型，设计控制策略，实现对机器人运动的精确控制，提高机器人性能。机器人轨迹规划方法1关节空间规划规划机器人关节运动2笛卡尔空间规划规划机