机器人技术期末复习.doc

机器人组成：机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置（内部和外部检测）和控制系统（集中式和分散式控制）等组成 。
机器人分类：按几何结构分类：利用机构特性分类。
串联机器人：各连杆为串联
并联机器人：各连杆为并联
机器人的体系结构：
从体系结构来看，机器人分为三大部分六个系统，分别是：
三大部分：
Ÿ 机械部分（用于实现各种动作）
Ÿ 传感部分（用于感知内部和外部的信息）
Ÿ 控制部分（控制机器人完成各种动作）
六个系统：
A．驱动系统：提供机器人各部位、各关节动作的原动力。
B．机械结构系统：完成各种动作。
C．感受系统：由内部传感器和外部传感器组成。
D．机器人-环境交互系统：实现机器人与外部设备的联系
和协调并构成功能单元。
E．人机交互系统：是人与机器人联系和协调的单元。
F．控制系统：是根据程序和反馈信息控制机器人动作的中心。分为开环系统和闭环系统。
机器人的性能要素：
• 自由度数（解释） 衡量机器人适应性和灵活性的重要指标，一般等于机器人的关节数。机器人所需要的自由度数决定于其作业任务。
• 负荷能力 机器人在满足其它性能要求的前提下，能够承载的负荷重量。
• 工作空间（解释） 机器人在其工作区域内可以达到的所有点的集合。它是机器人关节长度和其构型的函数。
• 精度 指机器人到达指定点的精确程度。它与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关。
• 重复定位精度 指机器人重复到达同样位置的精确程度。它不仅与机器人驱动器的分辨率及反馈装置有关，还与传动机构的精度及机器人的动态性能有关。
• 控制模式 引导或点到点示教模式；连续轨迹示教模式；软件编程模式；自主模式。
• 最大工作速度 单关节速度；合成速度。
• 其它动态特性 如稳定性、柔顺性等。
机器人技术展望：操作臂技术、移动技术、感知技术、自主控制技术
先进机器人：
随着生物学、神经行动学和仿生学等学科的发展，及其在仿生机器人技术中的应用，仿生机器人的研究近年来受到了越来越大的关注，并将在很长一段时间内成为机器人技术研究领域的一个重点研究内容。
仿生机器人的研究是模仿生物的身体结构和功能，代替传统的工业机器人并设法找出动物能发挥巨大作用的某些特定的身体结构，然后再把这些结构融合到现有的技术中来。
仿生机器人的主要研究分类：
（1）. 运动仿生 位移运动、执行运动
（2）. 感知仿生 听觉、视觉、嗅觉等
（3）. 控制仿生 定向导航、计算推理、群体控制
（4）. 能量仿生 炭水化合物分解驱动
（5）. 材料仿生 仿生皮肤、肌肉
机器人系统设计的考虑：
（1）. 机器人机构（执行机构、移动机构）
（2）. 机器人驱动器（电驱动器、液压驱动器、气动驱动器）
（3）. 机器人传感器（内传感器、外传感器）
（4）. 机器人能源（电源、其他）
（5）. 机器人视觉
（6）. 机器人控制
工作空间：是机械手末端执行器所能到达的范围。灵巧的工作空间是末端执行器能够从各个方向到达的空间区域。
四种常见类型：直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型。

机器人关节的构成： 机器人的关节一般由马达，减速机，位置传感器，速度传感器，传动齿轮等机构构成。
机器人移动机构的分类：
车轮式：在平坦的环境下移动效率
高于履带式和腿式移动。
履带式：稳定性好，越野能力和地面
适应能力高、牵引力强

机器人设计方法：

机器人的位姿主要是指机器人手部在空间的位置和姿态，有时也会用到其他各个活动杆件在空间的位置和姿态。机器人位姿是建立在机器人坐标系之上的描述形式，有了位姿，机器人手部和各个活动杆件相对于其他坐标系的位置和姿态就可以用一个3*1的位置矩阵和一个3*3的姿态矩阵来描述。
齐次坐标：

动系与静系：在所建立的机器人坐标系中，运动时相对于连杆不动的坐标系称为静坐标系，简称静系（一般情况下是基座坐标系）；跟随连杆运动的坐标系称为动坐标系，简称动系（关节坐标系）。动系位置与姿态的描述称为动系的位姿表示，是对动系原点位置及各坐标系轴方向的描述。

算子左右乘规则：相对固定坐标系进行变换，则算子左乘：若相对动坐标系进行变换，则算子右乘。

平移变换：

联合变换：联合变换就是平移变换与旋转变换组合在同一次变换中。

非常重要，要考

串联机器人运动学方程：利用坐标变换，就可以确定机器人手部的位姿矩阵M与关节变量qi之间的函数关系。具体的过程是先建立机器人的手部、机座和各个活动杆坐标系，然后确定各个坐标系之间的变换参数，再得到相邻两个坐标系之间的齐次坐标变换关系（位姿矩阵），最后通过乘积运算得到机器人的运动学方程。
过程：

机器人运动学方程的解：
正解：

逆解：

机器人运动学方程的正解是唯一的，但机器人运动学方程的逆解却有无解、一解和多解三种情况。
多解性：

可解性：

机器人的雅可比矩阵：雅可比揭示了操作空间与关节空间的映射关系。雅可比不仅表示操作空间与关节空间的速度映射关系，也表示二者之间力的传递关系，为确定机器人的静态关节力矩以及不同坐标系间速度、加速度和静力的变换提供了便捷的方法。

J 称为前图所示2R机器人的速度雅可比，它反映了关节空间微小运动dθ
与手部作业空间微小位移dX的关系。实际操作运算可得：

连杆的静力平衡条件为其上所受的合力和合力矩为零。

拉格朗日动力学方程：

关节空间：n个自由度操作臂的末端位姿X由n个关节变量所决定，这n个关节变量也叫做n维关节矢量q，所有关节矢量q构成了关节空间。
操作空间：末端执行器的作业是在直角坐标空间中进行的，即操作臂末端位姿X是在直角坐标空间中描述的。

点位控制和连续控制：

轨迹的生成方式：
（1）. 示教-再现运动
（2）. 关节空间运动
（3）. 空间直线运动
（4）. 空间曲线运动
插补方式：

关节空间插补：

三次多项式插补：