1、機(jī)器人控制概述及建模浙工大機(jī)器人控制概述v1.1 機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)v1.2 機(jī)器人控制技術(shù)1.1 機(jī)器人現(xiàn)狀及趨勢(shì)v發(fā)展史： 第一代：示教再現(xiàn)型機(jī)器人 第二代：具有感覺(jué)的機(jī)器人 第三代：智能機(jī)器人v發(fā)展趨勢(shì)：標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、開(kāi)放化、網(wǎng)絡(luò)化v存在問(wèn)題： 1.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)笨重 2.機(jī)械臂過(guò)重 3.移動(dòng)機(jī)器人能源攜帶 4.計(jì)算機(jī)信息傳輸、處理能力不夠快 1.2 機(jī)器人控制技術(shù)控制方式控制方式優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)傳統(tǒng)PID控制設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、各參數(shù)作用、意義明確，參數(shù)整定技術(shù)成熟，工作點(diǎn)附近，控制器性能有保證不適用于快速、高精度的控制，是漸近跟蹤自適應(yīng)控制 根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，在線估計(jì)未知參數(shù)，根據(jù)估計(jì)值隨時(shí)修正控制

2、策略需要精確的數(shù)學(xué)模型，主要適用于線性控制，對(duì)非線性較難變結(jié)構(gòu)（滑塊）控制模型可以不精確，可以估算不確定性的干擾作用，魯棒性較強(qiáng)控制器的頻繁切換使得跟蹤誤差在零點(diǎn)附近抖動(dòng)，不能收斂于0魯棒控制用一個(gè)結(jié)構(gòu)和參數(shù)都是固定不變的控制器，來(lái)保證即使不確定性對(duì)系統(tǒng)的性能品質(zhì)影響最?lèi)毫拥臅r(shí)候也能滿足設(shè)計(jì)要求，魯棒性較好無(wú)法完全適應(yīng)非線性，智能漸近跟蹤，設(shè)計(jì)過(guò)程繁瑣，性能與PID相當(dāng)智能控制對(duì)模型不確定，環(huán)境交互作用位置情況可用，滿足社會(huì)發(fā)展需求機(jī)器人模型的建立v2.1 機(jī)器人數(shù)學(xué)基礎(chǔ)v2.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型v2.3 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型2.1 機(jī)器人數(shù)學(xué)基礎(chǔ)v（1）位姿描述 1.位置的描述 剛體的位置可用它

3、在某個(gè)坐標(biāo)系中的向量來(lái)描述。 2.方位的描述 剛體的方位也稱(chēng)剛體的姿態(tài)。v（2）坐標(biāo)變換 坐標(biāo)變換包括平移變換和旋轉(zhuǎn)變換。1.平移變換2.旋轉(zhuǎn)變換3.復(fù)合變換：平移與旋轉(zhuǎn)的結(jié)合v（3）齊次坐標(biāo)變換齊次坐標(biāo)定義：用四維向量表示三維空間一點(diǎn)的位置P，即上式稱(chēng)為齊次坐標(biāo)，其中w為非零常數(shù)。齊次變換： 為齊次變換矩陣， 為平移變換矩陣， 為旋轉(zhuǎn)變換矩陣。2.2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型v機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是基于坐標(biāo)變換求得的。D-H坐標(biāo)變換法： 嚴(yán)格定義了每個(gè)坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸，并對(duì)連桿和關(guān)節(jié)定義了4個(gè)參數(shù)。用兩個(gè)參數(shù)來(lái)描述一個(gè)連桿，即公共發(fā)現(xiàn)距離和所在平面內(nèi)兩軸的夾角；另外兩個(gè)參數(shù)來(lái)表示相鄰連桿的關(guān)系，即兩連桿的

4、相對(duì)位置和兩連桿法線的夾角。 缺點(diǎn)：很難正確地建立坐標(biāo)系。因?yàn)镈-H方法是建立在按嚴(yán)格的規(guī)則建立正確地坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上的，特別是等多個(gè)移動(dòng)副，很難確定其各個(gè)參數(shù)。D-H坐標(biāo)建立規(guī)則vA和B兩坐標(biāo)坐標(biāo)原點(diǎn)，后一坐標(biāo)分別繞前一坐標(biāo)得x、y、z軸旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換矩陣為v當(dāng)后一坐標(biāo)與前一坐標(biāo)原點(diǎn)不重合的時(shí)候先進(jìn)行平移變換機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程建立 對(duì)于具有n個(gè)連桿的機(jī)械手，運(yùn)動(dòng)學(xué)方程是要確定與末端坐標(biāo)系n固聯(lián)的手爪相對(duì)于基坐標(biāo)系0的變換。根據(jù)其次變換的乘法規(guī)則可得： 式中， 表示末端坐標(biāo)系n相對(duì)于基座0的位姿。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解1.代數(shù)法 代數(shù)法求解過(guò)程中，通過(guò)逐次在運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式的兩邊同時(shí)乘上一個(gè)齊次變換的逆，達(dá)到分離變量的目的。2.幾何法 通過(guò)幾何圖形求解角度值，求解過(guò)程中利用正弦定理、余弦定理、反正切公式等求解角度。2.3 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型機(jī)器人動(dòng)力學(xué)問(wèn)題機(jī)器人動(dòng)力學(xué)正向問(wèn)題機(jī)器人動(dòng)力學(xué)正向問(wèn)題：已知機(jī)器人各關(guān)節(jié)所需的驅(qū)動(dòng)力或力矩，求解機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位移、速度和加速度。從控制角度講，正向問(wèn)題用于運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)仿真。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)逆向問(wèn)題：機(jī)器人動(dòng)力學(xué)逆向問(wèn)題：已知各關(guān)節(jié)的位移、速度