機(jī)器人學(xué)考試.doc

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第一章 1. 機(jī)器人的定義：工業(yè)機(jī)器人，一種用于移動(dòng)各種材料、零件、工具或者專用裝置的、通過可編程序動(dòng)作來執(zhí)行各種任務(wù)的，具有一定的記憶存儲(chǔ)和感知能力的，并且具有各種編程能力的多功能機(jī)械手。 機(jī)器人特征： 1）機(jī)器人的動(dòng)作機(jī)構(gòu)具有類似于人或其他生物某些器官（如肢體、感官等）的功能 2）機(jī)器人具有通用性，工作種類多樣，動(dòng)作程序靈活多變，是柔性加工的重要組成部分 3）機(jī)器人具有不同程度的智能，如感知、推理、決策、學(xué)習(xí)等 4）機(jī)器人具有獨(dú)立性，完整的機(jī)器人系統(tǒng)，在工作中可以不依賴與人的干預(yù) 2. 機(jī)器人的分類： 第一代機(jī)器人（可編程、示教的工業(yè)機(jī)器人） 第二代機(jī)器人（具有一定的感知能力，低級(jí)智能機(jī)器人） 第三代機(jī)器人（具有高度適應(yīng)性的自治機(jī)器人） 3. 按照開發(fā)內(nèi)容和目的區(qū)分，可分為以下三類機(jī)器人 ? 工業(yè)機(jī)器人（ Industrial Robot）：如焊接、噴漆、裝配機(jī)器人。 ? 操縱機(jī)器人（ Teleoperator Robot）：如主從手，遙控排險(xiǎn)、水下作業(yè)機(jī)器人。 ? 智能機(jī)器人（ Intelligent Robot）：如演奏、表演、下棋、探險(xiǎn)機(jī)器人。 4. 機(jī)器人結(jié)構(gòu)： 1）執(zhí)行機(jī)構(gòu): 機(jī)器人的足、腿、手、臂、腰及關(guān)節(jié)等，它是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和完成某項(xiàng)任務(wù)所必不可少的組成部分。 2）驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)裝置: 用來有效地驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝置，通常采用液壓、電動(dòng)和氣動(dòng)，有直接驅(qū)動(dòng)和間接驅(qū)動(dòng)二種方式。 3）傳感器: 是機(jī)器人獲取環(huán)境信息的工具，如視覺、聽覺、嗅覺、觸覺、力覺、滑覺和接近覺傳感器等，它們的功能相當(dāng)于人的眼、耳、鼻、皮膚及筋骨。 4）控制器: 是機(jī)器人的核心，它負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)和各種動(dòng)作控制及對(duì)環(huán)境的識(shí)別。 5. 機(jī)器人工作原理： 1）“示教再現(xiàn)”方式：通過“示教盒”或者人“手把手”兩種方式教機(jī)械手如何工作，控制器將示教過程記憶下來，然后機(jī)器人按照記憶周而復(fù)始的工作。 2）“可編程控制”方式：工作人員事先根據(jù)機(jī)器人的工作任務(wù)和運(yùn)動(dòng)軌跡編制控制程序，然后將控制程序輸入給機(jī)器人的控制器，起動(dòng)控制程序，機(jī)器人就按照程序所規(guī)定的動(dòng)作一步一步地去完成，如果任務(wù)變更，只要修改或重新編寫控制程序，非常靈活方便。大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人都是按照前兩種方式工作的。 3）“遙控”方式：由人用有線或無線遙控器控制機(jī)器人在人難以到達(dá)或危險(xiǎn)的場所完成某項(xiàng)任務(wù)。 4）“自主控制” 方式：是機(jī)器人控制中最高級(jí)、最復(fù)雜的控制方式，它要求機(jī)器人在復(fù)雜的非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中具有識(shí)別環(huán)境和自主決策能力，也就是要具有人的某些智能行為。 6. 位置控制 ? 點(diǎn)位控制－ PTP（ Point to Point）：只考慮起始點(diǎn)和目的點(diǎn)的位置，而不考慮兩點(diǎn)之間的移動(dòng)路徑的控制方式，適用于上下料、點(diǎn)焊、搬運(yùn)等； ? 連續(xù)路徑控制－ CP（ Continuous Path）：不但要求機(jī)器人以一定的精度到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)，而且對(duì)其移動(dòng)的軌跡形式有一定精度范圍的要求。 第二章 1. 機(jī)器人的分類 1） 按機(jī)器人的控制方式分類：非伺服機(jī)器人、伺服控制機(jī)器人（點(diǎn)位伺服控制、連續(xù)軌跡伺服控制 2）按機(jī)器人結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系特點(diǎn)方式分類：直角坐標(biāo)機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)型機(jī)器人、極坐標(biāo)機(jī)器人、多關(guān)節(jié)機(jī)器人。 2. 驅(qū)動(dòng)方式： a.液壓驅(qū)動(dòng) 優(yōu)點(diǎn)： 1)液壓容易達(dá)到較高的壓力(常用液壓為2.5~6.3MPa)，體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩； 2)液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度; 3)液壓傳動(dòng)中，力、速度和方向比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； 4)液壓系統(tǒng)采用油作介質(zhì)，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機(jī)械效率， 使用壽命長。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的不足： 1)油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃燒爆炸等危險(xiǎn)； 2)液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，故造價(jià)較高； 3)需要相應(yīng)的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴(yán)格的濾油裝置，否則會(huì)引起故障。 b.氣壓驅(qū)動(dòng) 與液壓驅(qū)動(dòng)相比，氣壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)： 1)壓縮空氣粘度小，容易達(dá)到高速(1m/s)； 2)利用工廠集中的空氣壓縮機(jī)站供氣，不必添加動(dòng)力設(shè)備； 3)空氣介質(zhì)對(duì)環(huán)境無污染，使用安全，可直接應(yīng)用于高溫作業(yè)； 4)氣動(dòng)元件工作壓力低，故制造要求比液壓元件低。 不足： 1)壓縮空氣常用壓力為0.4~0.6MPa，若要獲得較大的力，其結(jié)構(gòu)就要相對(duì)增大； 2)空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達(dá)到準(zhǔn)確的位置控制很困難； 3)壓縮空氣的除水問題是一個(gè)很重要的問題，處理不當(dāng)會(huì)使鋼類零件生銹，導(dǎo)致機(jī)器人失靈。此外，排氣還會(huì)造成噪聲污染。 c.電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)分為普通交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，交、直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 普通交、直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)需要加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型機(jī)器人。 伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出力矩相對(duì)小，控制性能好，可實(shí)現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型機(jī)器人。 交、直流伺服電動(dòng)機(jī)一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高的場合。 3. 機(jī)器人的構(gòu)型 1、 直角坐標(biāo)型 (3P) 結(jié)構(gòu)、控制算法簡單，定位精度高；但工作空間較小，占地面積大，慣性大，靈活性差。 2、圓柱坐標(biāo)型 (R2P) 結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運(yùn)動(dòng)直觀，其運(yùn)動(dòng)耦合性較弱，控制也較簡單，運(yùn)動(dòng)靈活性稍好。但自身占據(jù)空間也較大，但轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，定位精度相對(duì)較低。 3、極坐標(biāo)型（也稱球面坐標(biāo)型） (2RP) 有較大的作業(yè)空間，結(jié)構(gòu)緊湊較復(fù)雜，定位精度較低。 4、關(guān)節(jié)坐標(biāo)型 (3R) 對(duì)作業(yè)的適應(yīng)性好，工作空間大，工作靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，通用性強(qiáng)，但坐標(biāo)計(jì)算和控制較復(fù)雜，難以達(dá)到高精度。 5、平面關(guān)節(jié)型 (Selective Compliance Assembly Robot Arm ， 簡稱SCARA) 僅平面運(yùn)動(dòng)有耦合性，控制較通用關(guān)節(jié)型簡單。運(yùn)動(dòng)靈活性更好，速度快，定位精度高，鉛垂平面剛性好，適于裝配作業(yè)。 4. 自由度 自由度是指描述物體運(yùn)動(dòng)所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。機(jī)器人的自由度表示機(jī)器人動(dòng)作靈活的尺度，一般以軸的直線移動(dòng)、擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的數(shù)目來表示，手部的動(dòng)作不包括在內(nèi)。 機(jī)器人的自由度越多，就越能接近人手的動(dòng)作機(jī)能，通用性就越好；但是自由度越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人的整體要求就越高，這是機(jī)器人設(shè)計(jì)中的一個(gè)矛盾。 第三章 1. 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)即是研究機(jī)器人手臂末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)與關(guān)節(jié)變量空間之間的關(guān)系。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)從幾何或機(jī)構(gòu)的角度描述和研究機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特性，而不考慮引起這些運(yùn)動(dòng)的力或力矩的作用。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)有如下兩類基本問題： 1）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的表示問題，即正向運(yùn)動(dòng)學(xué)：對(duì)一給定的機(jī)器人，已知連桿的幾何參數(shù)和關(guān)節(jié)變量，欲求機(jī)器人末端執(zhí)行器相對(duì)于參考坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)。 2）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程的求解問題，即逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)：已知機(jī)器人連桿的幾何參數(shù)，給定機(jī)器人末端執(zhí)行器相對(duì)于參考坐標(biāo)系的期望位置和姿態(tài)（位姿），求機(jī)器人能夠達(dá)到預(yù)期位姿的關(guān)節(jié)變量。 2. 當(dāng)機(jī)器人執(zhí)行工作任務(wù)時(shí)，其控制器根據(jù)加工軌跡指令規(guī)劃好位姿序列數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)運(yùn)用逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)算法計(jì)算出關(guān)節(jié)參數(shù)序列，并依此驅(qū)動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)，使末端按照預(yù)定的位姿序列運(yùn)動(dòng)。 3. 小結(jié): 齊次變換可以用來描述空間坐標(biāo)系的位置與方向。如果坐標(biāo)系被固定在物體或機(jī)械手連桿上，那么該物體或機(jī)械手的位置與方向同樣很容易被描述。 物體A相對(duì)于物體B的齊次變換可以求其逆，來獲得物體B相對(duì)于物體A的描述。 變換可以表示為旋轉(zhuǎn)變換和/或平移變換的乘積。如果變換是從左到右，那么旋轉(zhuǎn)和/或平移是相對(duì)于當(dāng)前的坐標(biāo)系。如果變換是從右到左，那么旋轉(zhuǎn)和/或平移是相對(duì)于參考坐標(biāo)系進(jìn)行。 齊次變換用正交分量來描述坐標(biāo)系，即用角度的正弦和余弦。這種描述可與旋轉(zhuǎn)聯(lián)系起來。在一般性旋轉(zhuǎn)的情況下，旋轉(zhuǎn)是繞任意向量旋轉(zhuǎn)θ角。 4. 連桿參數(shù)【Denavit-Hartenberg(D-H)參數(shù)】 連桿參數(shù)：連桿長度ai-1：zi-1沿著xi-1到zi的距離；連桿扭轉(zhuǎn)角αi-1：zi-1繞xi-1到zi的轉(zhuǎn)角； 關(guān)節(jié)參數(shù)：關(guān)節(jié)偏置di：xi-1沿著zi到xi的距離；關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角θi ：xi-1繞zi到xi的轉(zhuǎn)角。 5. 關(guān)節(jié)空間：有n個(gè)自由度的工業(yè)機(jī)器人所有連桿的位置和姿態(tài)，可以用一組關(guān)節(jié)變量(di或θi)來描述。這組變量通常稱為關(guān)節(jié)矢量或關(guān)節(jié)坐標(biāo)，由這些矢量描述的空間稱為關(guān)節(jié)空間。 ? 正向運(yùn)動(dòng)學(xué)：關(guān)節(jié)空間→末端笛卡兒空間，單射 ? 逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)：末端笛卡兒空間→關(guān)節(jié)空間，復(fù)射 6. 自由度機(jī)械手封閉解形式運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解存在的兩個(gè)充分條件：（滿足其中之一條件即可） 1. 任意相鄰三個(gè)關(guān)節(jié)軸線相交于一點(diǎn)。 2. 任意相鄰三個(gè)關(guān)節(jié)軸線相互平行。 7. 基本概念 操作機(jī)的工作空間：機(jī)器人操作機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，末端執(zhí)行器坐標(biāo)系的原點(diǎn)能在空間活動(dòng)的最大范圍；或者說該原點(diǎn)可達(dá)點(diǎn)占有的體積空間。這一空間又稱可達(dá)空間或總工作空間，記作W(P)。 靈活工作空間： 在總工作空間內(nèi)，末端執(zhí)行器可以任意姿態(tài)達(dá)到的點(diǎn)所構(gòu)成的工作空間。記作Wp (P)。 次工作空間： 總工作空間中去掉靈活工作生間所余下的部分。記作Ws (P)。 W (p)= Wp(p)+ Ws(p) 第四章 第三章討論機(jī)器人操作臂的位移關(guān)系，建立了操作臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。研究了運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的反解、建立了操作空間與關(guān)節(jié)空間的映射關(guān)系。本章將在位移分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行速度分析。研究操作空間速度與關(guān)節(jié)空間速度之間的線性映射關(guān)系----雅可比矩陣。 雅可比不僅用來表示操作空間與關(guān)節(jié)空間之間速度線性映射關(guān)系。同時(shí)也用來表示兩空間之間力的傳遞關(guān)系。 1. 微分旋轉(zhuǎn)其結(jié)果與轉(zhuǎn)動(dòng)次序無關(guān)，這是與有限轉(zhuǎn)動(dòng)（一般旋轉(zhuǎn)）的一個(gè)重要區(qū)別。 2. 任意兩個(gè)微分旋轉(zhuǎn)的結(jié)果為繞每個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的元素的代數(shù)和，即微分旋轉(zhuǎn)是可加的。 3. 雅可比矩陣： 機(jī)械手的直角空間運(yùn)動(dòng)速度與關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)速度之間的變換稱之為雅可比矩陣。關(guān)節(jié)空間向直角空間速度的傳動(dòng)比。 4. 當(dāng)微分變換是由直角坐標(biāo)空間向關(guān)節(jié)坐標(biāo)空間進(jìn)行時(shí)，上式等號(hào)右邊矩陣是逆雅可比矩陣。 5. 式中， JT(q)稱為操作臂的力雅可比，表示在靜平衡時(shí)，F(xiàn)向t 映射的線性關(guān)系。 可以看出：力雅可比＝運(yùn)動(dòng)雅可比的轉(zhuǎn)置，即操作臂的靜力傳遞關(guān)系與速度有關(guān)。 6. 奇異形位： 對(duì)于關(guān)節(jié)空間的某些形位q，操作臂的雅克比矩陣的秩減少，這些形位稱為操作臂的奇異形位。當(dāng)機(jī)械手的雅克比行列式為0，矩陣的秩為1，因而處于奇異狀態(tài)。關(guān)節(jié)速度趨向于無窮大。從幾何上看，機(jī)械手完全伸直，或完全縮回時(shí)，機(jī)械手末端喪失了徑向自由度，僅能切向運(yùn)動(dòng)。在奇異形位時(shí)，機(jī)械手在操作空間的自由度將減少。 7. 四種構(gòu)造操作臂雅克比的方法： 對(duì)于平面機(jī)器人可以采用直接微分法求J，對(duì)于三維空間的機(jī)器人不適用，可得（x,y,z）T的顯示方程，J的前三行可以直接微分得到，但找不到（θx，θy，θz）的一般表達(dá)式，故常用構(gòu)造法求J 矢量積法、微分變換方法：處理6自由度的操作臂 速度遞推方法 力和力矩遞推方法 第五章 1. 靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，是機(jī)器人機(jī)械臂設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)性能分析的基礎(chǔ)。特別是動(dòng)力學(xué)分析，它還是機(jī)器人控制器設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)仿真的基礎(chǔ)。 機(jī)器人靜力學(xué)研究機(jī)器人靜止或緩慢運(yùn)動(dòng)時(shí)，作用在機(jī)器人上的力和力矩問題。特別是當(dāng)手端與環(huán)境接觸時(shí)，各關(guān)節(jié)力（矩）與接觸力的關(guān)系。 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究機(jī)器人運(yùn)動(dòng)與關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力（矩）間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。描述這種動(dòng)態(tài)關(guān)系的微分方程稱為動(dòng)力學(xué)模型。由于機(jī)器人結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，其動(dòng)力學(xué)模型也常常很復(fù)雜，因此很難實(shí)現(xiàn)基于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)時(shí)控制。然而高質(zhì)量的控制應(yīng)當(dāng)基于被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，因此，如何合理簡化機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型，使其適合于實(shí)時(shí)控制的要求，一直是機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究者追求的目標(biāo)。 2. 有兩類問題： 動(dòng)力學(xué)正問題： 已知機(jī)械手各關(guān)節(jié)的作用力或力矩，求各關(guān)節(jié)的位移、速度、加速度、運(yùn)動(dòng)軌跡； 動(dòng)力學(xué)逆問題： 已知機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡，即各關(guān)節(jié)的位移、速度和加速度，求各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力和力矩。 3. 研究目的： 1、合理地確定各驅(qū)動(dòng)單元（以下稱關(guān)節(jié)）的電機(jī)功率。 2、解決對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制問題（力控制）。 在機(jī)器人處于不同位置圖形（位形）時(shí)，各關(guān)節(jié)的有效慣量及耦合量都會(huì)發(fā)生變化（時(shí)變的），因此，加于各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力也應(yīng)是時(shí)變的，可由動(dòng)力學(xué)方程給以確定。 4. 該式表明關(guān)節(jié)空間和直角坐標(biāo)空間廣義力可以借助于雅可比矩陣 J 進(jìn)行變換。這種變換關(guān)系，也可推廣到任兩桿間固聯(lián)直角坐標(biāo)系中的廣義力變換，這時(shí)應(yīng)將關(guān)節(jié)空間與直角坐標(biāo)空間的雅可比矩陣，換作直角坐標(biāo)空間的雅可比矩陣。 5. 動(dòng)力學(xué)研究方法： 1） 拉格朗日方程法： 通過動(dòng)、勢能變化與廣義力的關(guān)系，建立機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程。計(jì)算量O（n4），經(jīng)優(yōu)化O(n3)，遞推O(n)。 2） 牛頓—?dú)W拉方程法： 用構(gòu)件質(zhì)心的平動(dòng)和相對(duì)質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)表示機(jī)器人構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)，利用動(dòng)靜法建立基于牛頓—?dú)W拉方程的動(dòng)力學(xué)方程。計(jì)算量O(n)。 3） 高斯原理法: 利用力學(xué)中的高斯最小約束原理,把機(jī)器人動(dòng)力學(xué)問題化成極值問題求解。用以解決第二類問題。計(jì)算量O(n3)。 4） 凱恩方程法： 引入偏速度概念，應(yīng)用矢量分析建立動(dòng)力學(xué)方程。該方法在求構(gòu)件的速度、加速度及關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力時(shí)，只進(jìn)行一次由基礎(chǔ)到末桿的推導(dǎo)，即可求出關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力，其間不必求關(guān)節(jié)的約束力，具有完整的結(jié)構(gòu)，也適用于閉鏈機(jī)器人。計(jì)算量O(n!)。 6. 拉格朗日(Lagrangian)函數(shù)： L=K-P, K為動(dòng)能， P為勢能 動(dòng)力學(xué)求解步驟：求取質(zhì)點(diǎn)的速度、求質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能、求質(zhì)點(diǎn)的位能、構(gòu)造拉格朗日函數(shù)、推導(dǎo)動(dòng)力學(xué)方程 7. 動(dòng)力學(xué)逆問題遞推算法： 1）向外遞推計(jì)算各連桿的速度和加速度，由牛頓-歐拉公式算出各連桿的慣性力和力矩； 2）向內(nèi)遞推計(jì)算各連桿相互作用的力和力矩，以及關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力或力矩。 8. 機(jī)械手動(dòng)態(tài)特性： 動(dòng)態(tài)特性指： 工作精度、重復(fù)能力、 穩(wěn)定性、空間分辨率 第六章 1. 軌跡規(guī)劃： 機(jī)械手常用的兩種軌跡規(guī)劃方法：方法一：給出插值點(diǎn)上一組顯式約束。方法二：給出運(yùn)動(dòng)路徑的解析式。 軌跡規(guī)劃可在關(guān)節(jié)空間或直角空間中。 規(guī)劃器的任務(wù)：解變換方程，運(yùn)動(dòng)學(xué)反解和插值運(yùn)算。 2. 關(guān)節(jié)空間規(guī)劃方法： 可保證關(guān)節(jié)路徑平穩(wěn)，有效避免奇異形位；計(jì)算簡單、容易；但手爪運(yùn)動(dòng)軌 跡不直觀，不利避障。 直角坐標(biāo)空間規(guī)劃方法： 有利于作業(yè)的描述，直觀、路徑準(zhǔn)確；但需逆運(yùn)動(dòng)計(jì)算，計(jì)算量大，難 以避免奇異形位， 控制周期長。 3. 路徑點(diǎn)的關(guān)節(jié)速度的確定： 根據(jù)工具坐標(biāo)系在直角坐標(biāo)空間中的瞬時(shí)線速度和角速度確定 在直角坐標(biāo)空間或關(guān)節(jié)空間中采用適當(dāng)?shù)膯l(fā)式方法，由控制系統(tǒng)自動(dòng)選擇 為保證每個(gè)路徑點(diǎn)的加速度連續(xù)，由控制系統(tǒng)按此要求自動(dòng)選擇 第七章 1. 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué) 描述機(jī)器人末端執(zhí)行器與各關(guān)節(jié)之間的運(yùn)動(dòng)微分。為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供運(yùn)動(dòng)特性分析方法， 是動(dòng)力學(xué)建模與位姿軌跡控制的基礎(chǔ)。 機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模 是基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和剛體動(dòng)力學(xué)理論，建立驅(qū)動(dòng)力和力矩與關(guān)節(jié)位移、速度和加速度之間的聯(lián)系。模型為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供力學(xué)特性分析方法， 為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供模型依據(jù)。 機(jī)器人控制問題 是基于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)具體的性能指標(biāo)設(shè)計(jì)其控制算法與系統(tǒng)， 使機(jī)器人能按要求正常工作的理論與技術(shù)方法。 2. 從動(dòng)力學(xué)的角度，機(jī)器人具有以下特性： （1） 非線性 引起機(jī)器人非線性的因數(shù)很多，機(jī)構(gòu)構(gòu)型、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)元件等都會(huì)引起系統(tǒng)的非線性。 （2） 強(qiáng)耦合 各關(guān)節(jié)具有耦合作用，表現(xiàn)為某一個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，會(huì)對(duì)其他關(guān)節(jié)產(chǎn)生動(dòng)力效應(yīng)，使得每個(gè)關(guān)節(jié)都要承受其他關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的擾動(dòng)。 （3） 時(shí)變 機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)變系統(tǒng)，動(dòng)力學(xué)參數(shù)隨著關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)位置的變化而變化。 3. 控制系統(tǒng)硬件一般包括3個(gè)部分： （1） 感知部分 用來收集機(jī)器人的內(nèi)部和外部信息，如位置、速度、加速度傳感器可感受機(jī)器人本體狀態(tài)，而視覺、觸覺、力覺等傳感器可感受機(jī)器人工作環(huán)境的外部狀態(tài)； （2） 控制裝置 用來處理各種信息，完成控制算法，產(chǎn)生必要的控制指令，它包括計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的接口，通常為多CPU層次式控制模塊結(jié)構(gòu)； （3） 伺服驅(qū)動(dòng)部分 為了使機(jī)器人完成操作及移動(dòng)功能， 機(jī)器人各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)機(jī)視作業(yè)要求不同可為氣動(dòng)、液動(dòng)、交直流電動(dòng)等。 4. 一般機(jī)器人控制性能要求： （1）在工作空間的可控性 （2） 穩(wěn)定性（ 收斂性－衰減振蕩） 、相對(duì)穩(wěn)定性（ 無超調(diào)） （3） 動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能 保證機(jī)器人快速到達(dá)指定的位姿并保持平衡狀態(tài) （4） 定位精度、重復(fù)定位精度、軌跡跟蹤精度 5. 仿人機(jī)器人對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制的要求： （1）多軸運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)控制 （2）不要求高剛度，但要求高穩(wěn)定型 （3）位置無超調(diào)， 動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快 （4）要求控制單元的處理器具有很高的處理速度 （5）要求結(jié)構(gòu)緊湊 6. 單關(guān)節(jié)的線性模型和控制： 當(dāng)機(jī)器人在低速小負(fù)載運(yùn)動(dòng)， 各關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)特性中的重力和關(guān)節(jié)間耦合可以忽略，慣量參數(shù)變化不大時(shí)，機(jī)器人可以采用單關(guān)節(jié)位置伺服反饋控制實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)動(dòng)。 7. 操作臂的多關(guān)節(jié)控制： 1） 基于前饋和反饋的計(jì)算力矩的控制方法 2） 線性多變量控制方法 3） 自適應(yīng)控制