机器人运动控制算法

第2章 机器人位置运动学

2.1 引言

本章将研究机器人正逆运动学。当已知所有的关节变量时，可用正运动学来确定机器人末端手的位姿。如果要使机器人末端手放在特定的点上并且具有特定的姿态，可用逆运动学来计算出每一关节变量的值。首先利用矩阵建立物体、位置、姿态以及运动的表示方法，然后研究直角坐标型、圆柱坐标型以及球坐标型等不同构型机器人的正逆运动学，最后利用Denavit-Hartenberg(D-H)表示法来推导机器人所有可能构型的正逆运动学方程。

实际上，机器手型的机器人没有末端执行器，多数情况下，机器人上附有一个抓持器。根据实际应用，用户可为机器人附加不同的末端执行器。显然，末端执行器的大小和长度决定了机器人的末端位置，即如果末端执行器的长短不同，那么机器人的末端位置也不同。在这一章中，假设机器人的末端是一个平板面，如有必要可在其上附加末端执行器，以后便称该平板面为机器人的“手”或“端面”。如有必要，还可以将末端执行器的长度加到机器人的末端来确定末端执行器的位姿。

2.2 机器人机构

机器手型的机器人具有多个自由度（DOF），并有三维开环链式机构。

在具有单自由度的系统中，当变量设定为特定值时，机器人机构就完全确定了，所有其他变量也就随之而定

实验（5）机器人控制实验

一、实验目的：

1） 理解机器人控制的相关概念；

2） 对构建的机器人进行动力学控制分析； 3） 能够使用simulink构建机器人控制仿真模型。

二、机器人动力学方程

状态空间方程

? 当用牛顿-欧拉方程对操作臂进行分析时，动力学方程可以写成

?)是离心力和哥氏力矢量，G(q)为重力矢量。 ? 其中M(q)为质量矩阵，C(q,q? 前向动力学

三、机器人关节控制

Puma560机器人肩关节的参数

图1基于速度反馈的机器人关节控制的simulink模型 图2速度控制环 说明： 图2的速度控制环是图1中Vloop模块的对应内部构造。也就是图2mask后成为Vloop模块。创建方法见实验4。 仿真参数如下：

Vloop参数设置

signal generation 参数设置

四、机器人前馈控制

其中，Kp和Kv是位置增益和速度增益。

如果对非线性动力学进行线性化，而且线性化是理想的，那么可得，

e?q*?q

图3 前馈动力学的控制结构

五、机器人基于计算力矩控制

图4 计算动力学的控制结构

六、实验内容

（1）用simulink建立如下图所示的机器人仿真模型，机器人模型为puma560，可以直接使用机器人库提供

clear; clc;

L1 = Link('d', 0, 'a', 0, 'alpha', pi/2); %Link 类函数 L2 = Link('d', 0, 'a', 0.5, 'alpha', 0,'offset',pi/2); L3 = Link('d', 0, 'a', 0, 'alpha', pi/2,'offset',pi/4); L4 = Link('d', 1, 'a', 0, 'alpha', -pi/2); L5 = Link('d', 0, 'a', 0, 'alpha', pi/2); L6 = Link('d', 1, 'a', 0, 'alpha', 0);

b=isrevolute(L1); %Link 类函数

robot=SerialLink([L1,L2,L3,L4,L5,L6]); %SerialLink类函数 robot.name='带球形腕的拟人臂'; %SerialLink属性值 robot.manuf='飘零过客'; %SerialLink属性值 robot.display(); %Link 类函数 theta=[0 0 0 0 0 0];

robot.plot(t

专题综述

课程名称 工业自动化专题 题目名称 工业机器人的运动轨迹 学生学院____ _ 自动化________ 专业班级___ _ _ 学 号

学生姓名___ _ _ 指导教师__________

2013 年 6月 27日

工业机器人的运动轨迹综述

【摘要】：随着知识经济时代的到来，高技术已成为世界各国争夺的焦点，机器人技术作

为高技术的一个重要分支普遍受到了各国政府的重视。自此，多种不同的研究方向都在工业机器人实时高精度的路径跟踪来实现预期目的。而工业机器人的运动轨迹又是重中之重，在得到反馈信息之后，如何作出应答，并且实时检查轨迹与所计算出的轨迹是否吻合，为此也要进行追踪与动作修正。

【关键词】：工业机器人，视觉，路径跟踪，轨迹规划，高精度

1.机器人视觉，运动前的准备

实际的工业现场环境复杂，多种因素都有可能导致系统在运行过程中产生一定的偏差、 测量精度降低，引起误差的原因主要有温度漂移和关节松动变形等，使测量模型的参数值改变从而导致定位误差增大，因此需要定期对工业机器人视觉测量系统进行精确的校准，从而实现精确定位和视觉测量。更少不得必要的优化。

1.1基于单目视觉的工业机器人运动轨迹准确度检测

clear; clc;

L1 = Link('d', 0, 'a', 0, 'alpha', pi/2); %Link 类函数 L2 = Link('d', 0, 'a', 0.5, 'alpha', 0,'offset',pi/2); L3 = Link('d', 0, 'a', 0, 'alpha', pi/2,'offset',pi/4); L4 = Link('d', 1, 'a', 0, 'alpha', -pi/2); L5 = Link('d', 0, 'a', 0, 'alpha', pi/2); L6 = Link('d', 1, 'a', 0, 'alpha', 0);

b=isrevolute(L1); %Link 类函数

robot=SerialLink([L1,L2,L3,L4,L5,L6]); %SerialLink类函数 robot.name='带球形腕的拟人臂'; %SerialLink属性值 robot.manuf='飘零过客'; %SerialLink属性值 robot.display(); %Link 类函数 theta=[0 0 0 0 0 0];

robot.plot(t

《机器人原理与应用》

第五章速度运动学授课教师：闻时光东北大学人工智能与机器人研究所

2011/7/4

第五章速度运动学

本章将进一步讨论运动的几何学及与时间有关的量，即讨论机器人的速度运动学问题。速度运动学问题重要是因为操作机不仅需要达到某个 (或一系列的)位置，而且常需要它按给定的速度达到这些位置。主要内容： 5.1操作机的微分移动 5.2微分转动的两个定理 5.3微分算子 5.4雅可比矩阵及其变换 5.5雅可比矩阵的力学意义

2011/7/4

第五章速度运动学

5.1操作机的微分移动所谓微分运动指的是无限小的运动，即无限小的移动和无限小的转动。它既可以用指定的当前坐标系来描述，也可以用基础坐标系来描述。对于微分移动(平动)的齐次变换矩阵T可表示为 1 0 Trans (dx, dy, dz )= 0 0 0 1 0 0 0 dx 0 dy 1 dz 0 1

式中 dx, dy, dz是微分位移矢量在基础坐标系或当前坐标系的分量。2011/7/4 3

第五章速度运动学

5.2微分转动的两个定理 若绕x轴转微小θ角表示为δ x,并考虑，sinδ x=δ x cosδ x= 1则对x,y,z多轴微分转动的齐次变换矩阵R应该有如下形式： 1 0

文档介绍了机器人三原则以及机器人定义,更重要的展示人员机器人对应关系,方便我们直观认识到机器人相关知识。

机器人常识

机器人的定义

机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器

机器人构成 机器人的能量 人需要从吃的食物中吸收能量，而机器人却只吃“电能”。因此，一般的机器人都是使用可充电电池。 机器人的大脑 机器人和人一样需要有大脑来控制机器人的动作。就像电脑中的CPU一机器人三原则

1. 机器人不应伤害人类；

2. 机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外；

3. 机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。

样，在机器人身上也有它自己的CPU，在这里我们称为微控制器。 别看芯片小，它可是在机器人中控制所有动作的关键。它收集周围环境的信息，并根据收集到的环境情况向执行机构发出命令，驱动机器人完成各种功能。 机器人的身体结构 我们要让机器人平稳地行走，还要设计它的身体结构，也就是机械结构。生活中有很多机器都有很巧妙的机械结构，比如脚一踩，自行车轮子就能

转起来；又如飞机正是模仿了鸟的流线形的身体结构，才能以庞大的身躯在天上飞而不掉下

第2章 机器人位置运动学

2.1 引言

本章将研究机器人正逆运动学。当已知所有的关节变量时，可用正运动学来确定机器人末端手的位姿。如果要使机器人末端手放在特定的点上并且具有特定的姿态，可用逆运动学来计算出每一关节变量的值。首先利用矩阵建立物体、位置、姿态以及运动的表示方法，然后研究直角坐标型、圆柱坐标型以及球坐标型等不同构型机器人的正逆运动学，最后利用Denavit-Hartenberg(D-H)表示法来推导机器人所有可能构型的正逆运动学方程。

实际上，机器手型的机器人没有末端执行器，多数情况下，机器人上附有一个抓持器。根据实际应用，用户可为机器人附加不同的末端执行器。显然，末端执行器的大小和长度决定了机器人的末端位置，即如果末端执行器的长短不同，那么机器人的末端位置也不同。在这一章中，假设机器人的末端是一个平板面，如有必要可在其上附加末端执行器，以后便称该平板面为机器人的“手”或“端面”。如有必要，还可以将末端执行器的长度加到机器人的末端来确定末端执行器的位姿。

2.2 机器人机构

机器手型的机器人具有多个自由度（DOF），并有三维开环链式机构。

在具有单自由度的系统中，当变量设定为特定值时，机器人机构就完全确定了，所有其他变量也就随之而定

本科毕业设计 题目：

学 院: 专 业: 学 号: 学生姓名: 指导教师: 日 期:

移动机器人FastSLAM算法研究

武汉科技大学本科毕业设计

摘 要

移动机器人同时定位与地图创建是实现未知环境下机器人自主导航的关键性技术，具有广泛的应用前景，也是目前机器人研究的热门课题之一。基于卡尔曼滤波器的SLAM算法有计算的复杂性以及对数据融合误差非常敏感的缺点，使其不能再实际环境中得到广泛应用。

为解决传统SLAM算法的缺陷，介绍了一种基于Rao-Blackwellized粒子滤波器的FastSLAM方法，该方法将SLAM问题分解为对机器人姿态和路标在地图中的位置的递归算法。每一粒粒子都有对应的地图，再将地图估计分解成N个独立的特征估计，路径估计采用粒子滤波器，地图估计采用扩展卡尔曼滤波器。

FastSLAM有机地将粒子滤波器与卡尔曼滤波器集成在一起，鲁棒性地解决数据关联和多目标跟踪问题，其时间消耗与路标的数量成对数关系，计算量小，用时短。

基于Rao-Blackwellized粒子滤波器的FastSLAM算法是一种高效的机器人同步定位和绘制地图的算法，其具有高效性和准确性，该方法使用提高了机器人地图创建

工业机器人技术发展现状

摘要：随着工业机器人的快速发展，其在汽车制造、机械加工、焊接、上下料、磨削抛光、搬运码垛、装配、喷涂等作业中得到越来越多的应用。本文通过分析国内外工业机器人技术和产业现状，了解了近代工业机器人的发展趋势；并以ABB公司为例，通过介绍其第7代新型工业机器人产品——IRB6700系列，对当代工业机器人的发展进行了了解。

关键词：工业机器人、现状、ABB、IRB6700系列

0．前言：

工业机器人是综合了计算机科学技术、机械工程技术、电子工程技术、信息传感器技术、控制理论、机构学、人工智能学、仿生学等多学科而形成的高新技术。在国外工业机器人技术日趋成熟，其已经成为一种标准设备而在工业自动化行业广泛应用，从而也形成了一批在国际上较有影响力的工业机器人公司，工业机器人技术的发展水平也成为一个国家工业自动化水平的重要标志。

1．国内外工业机器人技术与产业现状

1.1国外机器人技术与产业现状

自从20世纪60年代开始，经过近六十年的迅速发展，随着对产品加工精度要求的提高，关键工艺生产环节逐步由工业机器人代替工人操作，再加上各国对工人工作环境的严格要求，高危、有毒等恶劣条件的工作逐渐由机器人进行替代作业，从而增加了对工业机器