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机器人控制原理机器人控制原理是指通过对机器人的各种部件进行控制，使得机器人能够按照人类设定的程序或者指令来执行各种任务。
机器人控制原理是机器人技术中的核心内容之一，它直接关系到机器人的运动、感知、决策等方面，是机器人能否完成任务的关键。
首先，机器人控制原理涉及到机器人的运动控制。
机器人的运动控制包括轨迹规划、运动学和动力学控制。
轨迹规划是指确定机器人在空间中的路径，使得机器人能够按照规划的路径进行运动。
运动学和动力学控制则是指根据机器人的结构和动力学特性，设计相应的控制算法，实现机器人的运动控制。
这些控制原理保证了机器人能够按照人类设定的路径和速度进行运动，从而完成各种任务。
其次，机器人控制原理还涉及到机器人的感知和定位。
机器人的感知和定位是指机器人通过各种传感器获取周围环境的信息，并根据这些信息确定自身的位置和姿态。
感知和定位是机器人能否准确地感知周围环境，做出正确的决策的基础。
在机器人控制原理中，需要设计相应的感知和定位算法，使得机器人能够准确地感知周围环境，并确定自身的位置和姿态。
此外，机器人控制原理还包括机器人的决策和路径规划。
机器人的决策和路径规划是指机器人根据感知到的环境信息，做出相应的决策，并规划出最优的路径来完成任务。
在机器人控制原理中，需要设计相应的决策和路径规划算法，使得机器人能够根据周围环境的变化，灵活地做出决策，并规划出最优的路径来完成任务。
总的来说，机器人控制原理是机器人能否按照人类的要求来完成各种任务的基础。
它涉及到机器人的运动控制、感知和定位、决策和路径规划等方面，是机器人技术中的核心内容之一。
只有深入理解和应用机器人控制原理，才能够设计出性能优良、功能强大的机器人系统，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
机器人的运动控制机器人一直以来都是技术领域的热门话题，它在工业生产、医疗护理、军事防务等领域发挥着重要的作用。
而机器人的运动控制是使机器人能够灵活、精准地进行各种动作的关键技术。
本文将介绍机器人的运动控制原理以及常见的运动控制方法。
一、机器人运动控制的原理机器人运动控制的核心在于通过控制机器人的关节或执行器的运动，实现机器人的姿态和位置控制。
机器人的运动可分为直线运动和旋转运动两个方面。
1. 直线运动直线运动是指机器人沿直线轨迹运动，例如机器人前进和后退。
直线运动的控制依赖于机器人的驱动装置。
在一般情况下，机器人的直线运动可以由电机、液压装置或气动装置来实现。
通过控制这些装置的运动，从而控制机器人的直线位移。
2. 旋转运动旋转运动是指机器人绕固定点或固定轴旋转的运动。
例如机器人的转体关节可以实现机器人的绕某个轴线旋转。
旋转运动的控制依赖于机器人的驱动器件，如电机、减速器等。
通过控制这些器件的运动，从而控制机器人的旋转角度。
二、机器人运动控制的方法机器人的运动控制有多种方法，下面主要介绍几种常见的运动控制方法。
1. 开环控制开环控制是指在执行动作前，通过预设参数直接控制机器人的运动。
这种方法的优点是简单直接，但精度较低，不能对外界干扰进行实时补偿。
因此，开环控制多用于一些对运动精度要求不高的应用，如简单加工、搬运等。
2. 闭环控制闭环控制是指通过传感器实时监测机器人的运动状态，并根据反馈信号对运动进行修正。
闭环控制的优点是能够及时响应外界干扰，提高运动的精度和稳定性。
它适用于对运动精度要求较高的应用，如自主导航、精密装配等。
3. 跟踪控制跟踪控制是指机器人通过跟踪预先设定好的轨迹，控制机器人沿轨迹运动。
跟踪控制通常需要借助视觉传感器或者激光雷达等设备来实时感知机器人与轨迹的位置关系，并通过控制算法来使机器人运动轨迹与预设轨迹保持一致。
跟踪控制广泛应用于机器人的路径规划、运动规划等领域。
4. 自适应控制自适应控制是指机器人根据不同工作环境和任务的需求，自动调整运动控制策略以达到最佳效果。
工业机器人控制系统的基本原理1.传感器技术：工业机器人通常配备各种传感器，如摄像头、激光雷达、触觉传感器等，用于获取环境信息和工件位置。
传感器数据通过模拟信号或数字信号传输到控制系统。
2.运动规划：控制系统接收传感器数据后，需要根据任务要求规划机器人的运动轨迹。
运动规划包括路径规划和姿态规划。
路径规划决定机器人应该沿着哪些点移动，姿态规划决定机器人在运动过程中如何旋转和转动。
运动规划通常基于任务的几何形状和机器人的机械结构。
3.运动控制：一旦完成运动规划，控制系统将发送指令给机器人的执行器，如电机和液压缸，以使机器人按照规划轨迹移动。
运动控制需要考虑机器人的动力学特性和环境的限制，以确保安全和高效的运动。
4. 编程：工业机器人的控制系统可以通过编程进行配置和控制。
编程可以使用专门的机器人编程语言，如RoboDK或Karel，也可以使用通用编程语言，如C ++或Python。
程序员可以通过编写程序来定义机器人的动作序列和条件逻辑，实现复杂的任务控制。
5.监控和反馈：控制系统通常配备监控功能，可以实时监测机器人的状态和执行情况。
监控和反馈功能可以通过传感器数据和执行器的反馈信号实现。
通过监控和反馈，控制系统可以识别和纠正运动过程中的问题，保证机器人的稳定性和精度。
6.通信和协作：现代工业机器人通常是一个网络化系统，可以与其他机器人、计算机和外部设备进行通信和协作。
通过通信，机器人可以获取任务参数和指令，并与其他系统进行数据交换。
协作功能允许多个机器人同时工作，共同完成复杂任务。
7.安全性：控制系统需要确保机器人的安全性。
工业机器人通常配备安全装置，如急停按钮、光栅和安全围栏等，用于监测和控制环境安全。
此外，控制系统还需要实现安全算法和策略，以保证机器人在操作过程中不会对人员和设备造成伤害。
以上是工业机器人控制系统的基本原理。
由于工业机器人的种类和应用场景的不同，控制系统的具体实现可能存在差异。
但无论如何，控制系统的目标都是实现高效、精确和安全的机器人操作。
机器人安全控制的工作原理机器人近年来在各个领域得到广泛应用，从工业生产到医疗护理，它们都扮演着重要的角色。
然而，机器人的工作过程中存在一定的安全风险，需要采取适当的控制措施来保证人们的安全。
本文将介绍机器人安全控制的工作原理，包括安全传感器、安全监控系统以及安全规范。
一、安全传感器为了实现机器人的安全控制，安全传感器起到了关键作用。
安全传感器可以感知周围环境和人体，及时发现潜在的危险情况。
常用的安全传感器包括光电传感器、压力传感器、温度传感器等。
通过安全传感器，机器人可以及时感知到人体的存在与位置，并在靠近人体时停止运动或自动切换到安全模式。
二、安全监控系统安全监控系统是机器人安全控制的重要组成部分，它能够监测机器人的运行状态，并在出现异常情况下做出相应的响应。
安全监控系统通常由一系列传感器、控制器和执行器组成。
传感器用于监测机器人的姿态、速度和力，控制器接收传感器的信号，并判断是否存在安全隐患，最后通过执行器控制机器人的运动或停止。
三、安全规范除了安全传感器和安全监控系统外，安全规范也是机器人安全控制的重要考虑因素。
在机器人的设计和使用过程中，应遵循一定的安全标准和规范，以确保机器人在工作中不对人体造成伤害。
例如，机器人应该具备防护罩，以防止人体误触到危险部位；机器人的动作范围应该被限制在安全区域内，避免与人体产生碰撞等。
总结起来，机器人安全控制的工作原理主要包括安全传感器、安全监控系统和安全规范。
通过安全传感器的感知和安全监控系统的监测，机器人能够及时识别潜在的危险情况，并做出相应的响应。
同时，遵循安全规范也是确保机器人安全的重要手段。
我们期望随着技术的进步，机器人的安全性能将不断提高，为人类创造更安全、高效的工作环境。
机器人控制原理机器人控制原理是指控制机器人运动、动作和行为的基本原理。
在现代工业和科学技术领域，机器人已经成为一个重要的工具和研究对象。
了解机器人控制原理对于设计、制造和应用机器人具有重要意义。
首先，机器人的控制原理涉及到传感器和执行器的应用。
传感器是机器人获取外部信息的重要手段，包括光电传感器、接近传感器、压力传感器等。
传感器可以让机器人感知环境的变化，从而做出相应的反应。
执行器则是机器人执行动作的装置，包括电机、液压装置、气动装置等。
通过传感器和执行器的配合，机器人可以实现对外部环境的感知和控制。
其次，机器人的控制原理涉及到控制系统的设计和实现。
控制系统是指对机器人进行控制和调节的一套系统，包括控制算法、控制器、执行器和传感器等。
控制系统的设计需要考虑机器人的运动学和动力学特性，以及外部环境的变化和干扰。
控制系统的实现需要运用控制理论和工程技术，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
通过控制系统的设计和实现，可以实现对机器人运动、动作和行为的精确控制。
另外，机器人的控制原理涉及到人机交互和自主控制的问题。
人机交互是指人与机器人之间的信息交流和指令传递，包括语音控制、手势控制、遥控器控制等。
人机交互可以让人类更加方便地控制和操作机器人，提高工作效率和安全性。
自主控制是指机器人能够根据预先设定的任务和环境条件，自主地进行决策和行动。
自主控制需要机器人具备一定的智能和学习能力，可以根据环境变化和任务要求做出相应的反应和调整。
总之，机器人控制原理是一个涉及多个学科和领域的综合性问题，包括机械工程、电子工程、计算机科学、控制科学等。
了解机器人控制原理对于提高机器人的性能和应用价值具有重要意义，也是未来机器人研究和发展的重要方向之一。
希望通过不断的研究和实践，可以更好地理解和应用机器人控制原理，推动机器人技术的发展和应用。
机器人的控制方法与原理机器人的控制方法与原理是现代机器人技术的核心内容之一。
随着科技的进步和人工智能的快速发展，机器人在各个领域中起着越来越重要的作用。
机器人的控制方法和原理决定了机器人的运动、感知和决策能力，对于实现机器人的自主操作具有至关重要的意义。
一、机器人的感知与控制机器人通过感知环境中的信息获取输入数据，然后根据程序进行运算，最终实现对机器人各个部件的控制。
机器人的感知与控制主要包括以下几个方面：1. 传感器：机器人使用各种传感器来感知环境，例如，视觉传感器、声音传感器、力传感器等。
通过这些传感器的信息反馈，机器人可以获取环境中的物体位置、大小、形状等信息，进而判断应该采取何种动作。
2. 数据处理：机器人利用计算机进行数据处理和分析。
通过对传感器获取的原始数据进行处理和运算，机器人可以识别环境中的物体、计算运动轨迹等。
3. 控制算法：机器人的运动依赖于各个部件的协调工作。
通过控制算法，机器人可以实现运动的规划和控制，例如路径规划、障碍物避开等。
二、机器人的控制方法机器人的控制方法主要分为两种：手动控制和自主控制。
1. 手动控制：手动控制是指通过操纵面板、遥控器或计算机界面等外部设备来操控机器人的动作。
这种控制方法一般适用于较简单的机器人任务，例如工业生产线上的机械臂。
2. 自主控制：自主控制是指机器人根据预先设定的程序和算法自主地进行决策和行动。
这种控制方法要求机器人具备一定的智能和学习能力。
自主控制的机器人可以根据环境变化做出相应的决策，适应各种复杂的工作场景。
三、机器人的控制原理机器人的控制原理是基于控制系统的理论和方法。
控制系统是指通过测量、比较、计算和决策等过程对对象进行控制的系统。
机器人控制系统主要包括以下几个方面：1. 反馈控制：机器人通过对其输出信号和期望值进行比较，从而实现对其行为的调节和纠正。
反馈控制主要通过传感器获取机器人的状态信息，并根据这些信息来调整机器人的动作。
机器人机械臂控制技术的工作原理机器人机械臂是一种现代化的控制技术，它由各种不同的元件组成，使用电子控制逻辑和高级计算技术来完成复杂操作。
在本文中，我将详细介绍机器人机械臂控制技术的工作原理，包括其组成、运动控制方法，以及智能化和自适应控制方案。
一、机器人机械臂的组成机器人机械臂主要由电动马达、减速器、传感器组件、制动器、连杆和手指等组成。
各个组件之间密不可分，相互协助完成精密的操作任务。
电动马达通常是机器人机械臂的基础设备，它们负责推动叶轮或链轮组件，使机械臂完成各种复杂的任务。
减速器并不是必需的组件，但它们可以提供额外的驱动力和减少过程中的机械波动。
传感器组件是一个非常关键的组成部分，它可以帮助机器人机械臂制约位置和速度，并监测外界环境的变化，以便更好地执行任务。
传感器组件包括接近开关、温度传感器、压力传感器和光电传感器等，它们能够感知不同的信号，并通过智能控制系统进行分析和处理。
制动器通常是用于控制运动顺序和保护机器人机械臂免受过量振动和惯性影响的组件。
它们能够实时翻转机械臂的方向，以便更好地应对不同的工作环境和任务。
二、机器人机械臂的运动控制方法机器人机械臂的运动控制方法通常包括位置控制、速度控制和力控制等。
它们可以通过控制机械臂的动态模型，精确定位、控制速度和力量等，以便实现各种复杂的任务。
①位置控制位置控制通常是机器人机械臂最基础的控制方法。
它们能够通过执行位置命令，在不同的位置上调整机械臂，以便精确地控制其运动轨迹和执行任务。
在执行位置控制时，机器人需要通过各种传感器和计算机软件进行实时监测，以便更好地应对环境变化和时间延迟。
②速度控制速度控制通常是机器人机械臂的次级控制方法，它们能够自动控制机械臂的速度，以便更好地适应不同的环境和工作任务。
在执行速度控制时，机器人需要通过调整内部计时钟和电动马达的输出电流，以便实现平滑和安全的运动。
③力控制力控制通常是机器人机械臂最高级的控制方法，它能够控制机械臂的力量，以便更好地处理不同的工件和部件。
机器人控制系统原理机器人控制系统原理是指通过一系列的硬件和软件组成的系统，实现对机器人的运动、感知和决策的控制。
机器人控制系统的设计与实现是机器人技术中至关重要的一环，它决定了机器人能够完成的任务和任务的执行效果。
机器人控制系统的基本原理包括感知、决策和执行三个步骤。
首先，机器人需要通过传感器感知周围环境的信息，可以使用多种传感器，如视觉传感器、触觉传感器、力传感器等，通过收集环境的信息来获取位置、速度、姿态等参数。
这些传感器将采集到的信息转化为电信号，然后传递给控制系统。
在感知的基础上，机器人控制系统通过对采集到的信息进行处理和分析，进行决策，即确定机器人下一步的动作。
这个过程可以使用一些算法和方法来实现，如计算机视觉、机器学习、路径规划等。
决策过程需要考虑到环境的变化以及机器人自身的状态，例如机器人的能量消耗、运动的平滑性等。
最后，在完成决策后，机器人控制系统将决策结果转化为电信号，并通过执行机构控制机器人的动作。
执行机构可以包括电机、液压驱动器、伺服机构等，用于控制机器人的运动。
通过这个过程，机器人可以实现预设的路径或动作。
机器人控制系统的设计需要考虑多个因素，包括适应不同环境的能力、控制精度、运动速度、功耗、抗干扰能力等。
此外，还需要考虑到实际应用中对机器人的要求，如自主导航、协作任务、灵活性等。
因此，机器人控制系统的设计需要综合考虑机械结构、传感器选择、控制算法等多个因素。
在机器人控制系统的设计中，还需要考虑实时性的要求。
对于某些应用场景，机器人需要能够在快速动作和交互中做出实时响应。
实时性的要求使得控制系统需要具备高速的计算和响应能力，同时需要使用实时操作系统进行任务调度和执行。
另外，机器人控制系统还需要考虑到安全性。
机器人在与人类共同工作或与人类直接接触时，需要考虑到安全因素，设计相应的安全机制，如障碍物检测和避障、力控制和力矩限制等，以确保机器人与人类的安全。
综上所述，机器人控制系统的原理是通过感知、决策和执行三个步骤，实现对机器人的控制。
工业机器人控制系统20世纪80年代以后，由于微型计算机的发展，特别是电力半导体器件的出现，使整个机器人的控制系统发生了很大的变化，使机器人控制器日趋完善。
具有非常好的人机界面，有功能完善的编程语言和系统保护，状态监控及诊断功能。
同时机器人的操作更加简单，但是控制精度及作业能力却有很大的提高。
目前机器人已具有很强的通信能力，因此能连接到各种网络（CAN—BUS、PROFIBUS或ETHERNET）。
形成了机器人的生产线。
特别是汽车的焊接生产线、油漆生产线、装配生产线很多都是靠机器人工作的。
特别是控制系统已从模拟式的控制进入了全数字式的控制。
90年代以后，计算机的性能进一步提高，集成电路（IC）的集成度进一步的提高，使机器人的控制系统的价格逐渐降低，而运算的能力却大大提高，这样，过去许多用硬件才能实现的功能也逐渐地使用软件来完成。
而且机器人控制系统的可靠性也由最早几百小时提高到现在的6万小时，几乎不需要维护。
一、控制系统基本原理及分类工业机器人的控制器在要求完成特定作业时，需要做下述几件事：示教：通过计算机来接受机器人将要去完成什么作业。
也就是给机器人的作业命令，这个命令实质上是人发出的。
计算：这一部分实际上就是机器人控制系统中的计算机来完成的，它通过获得的示教信息要形成一个控制策略，然后再根据这个策略（也称之为作业轨迹的规划）细化成各轴的伺服运动的控制的策略。
同时计算机还要担负起对整个机器人系统的管理，采集并处理各种信息。
因此，这一部分是非常重要的核心部分。
伺服驱动：就是通过机器人控制器的不同的控制算法将机器人控制策略转化为驱动信号，驱动伺服电动机，实现机器人的高速、高精度运动，去完成指定的作业。
反馈：机器人控制中的传感器对机器人完成作业过程中的运动状态、位置、姿态进行实时地反馈，把这些信息反馈给控制计算机，使控制计算机实时监控整个系统的运行情况，及时做出各种决策。
图1 机器人控制基本原理图控制系统可以有四种不同分类方法：控制运动方式、控制系统信号类型、控制机器人的数目以及人机的相互关系等分类。
第二章机器人系统简介2.1 机器人的运动机构(执行机构机器人的运动机构是机器人实现对象操作及移动自身功能的载体,可以大体分为操作手(包括臂和手和移动机构两类。
对机器人的操作手而言,它应该象人的手臂那样,能把(抓持装工具的手依次伸到预定的操作位置,并保持相应的姿态,完成给定的操作;或者能够以一定速度,沿预定空间曲线移动并保持手的姿态,并在运动过程中完成预定的操作。
移动机构应能将机器人移动到任意位置,并保持预定方位姿势。
为此,它应能实现前进、后退、各方向的转弯等基本移动功能。
在结构上它可以象人、兽、昆虫,具有二足、四足或六足的步行机构, 也可以象车或坦克那样采用轮或履带结构2.1.1 机器人的臂结构机器人的臂通常采用关节——连杆链形结构,它由连杆和连杆间的关节组成。
关节,又称运动副,是两个构件组成相对运动的联接。
在关节的约束下,两连杆间只能有简单的相对运动。
机器人中常用的关节主要有两类:(1 滑动关节 (Prismatic joint: 与关节相连的两连杆只能沿滑动轴做直线位移运动,移动的距离是滑动关节的主要变量,滑动轴一般和杆的轴线重合或平行。
(2转动关节 (Revolute joint: 与关节相连的两连杆只能绕关节轴做相对旋转运动,其转动角度是关节的主要变量,转动轴的方向通常与轴线重合或垂直。
杆件和关节的构成方法大致可分为两种:(1 杆件和手臂串联连接,开链机械手 (2 杆件和手臂串联连接,闭链机械手。
以操作对象为理想刚体为例,物体的位置和姿态各需要 3 个独立变量来描述。
我们将确定物体在坐标系中位姿的独立坐标数目称为自由度(DOF (degree of freedom 。
而机器人的自由度是由有关节数和每个关节所具有的自由度数决定的(每个关节可以有一个或多个自由度,通常为 1 个。
机器人的自由度是独立的单独运动的数目,是表示机器人运动灵活性的尺度。
(由驱动器能产生主动动作的自由度称为主动自由度,不能产生驱动力的自由度称为被动自由度。
通常开链机构仅使用主动自由度机器人自由度的构成,取决于它应能保证完成与目标作业相适应的动作。
分析可知,为使机器人能任意操纵物体的位姿,至少须 6DOF ,通常用三个自由度确定手的空间位置(手臂,三个自由度确定手的姿态 (手。
比较而言,人的臂有七个自由度,手有二十个自由度,其中肩 3DOF ,肘 2 DOF ,碗 2DOF 。
这种比 6 还多的自由度称为冗余自由度。
人的臂由于有这样的冗余性,在固定手的位置和姿态的情况下,肘的位置不唯一。
因此人的手臂能灵活回避障碍物。
对机器人而言,冗余自由度的设置易于增强运动的灵活性,但由于存在多解,需要在约束条件下寻优,计算量和控制的难度相对增大。
典型的机器人臂结构有以下几种:(1直角坐标型 (Cartesian/rectanglar/gantry (3P由三个线性滑动关节组成。
三个关节的滑动方向分别和直角坐标轴 x,y,z 平行。
工作空间是个立方体(2圆柱坐标型 (cylindrical(R2P由一个转动关节和两个滑动关节组成。
两个滑动关节分别对应于圆柱坐标的径向和垂直方向位置,一个旋转关节对应关于圆柱轴线的转角。
工作区域为矩形截面的旋转体。
(3 球坐标型 (spherical (2RP两个转动关节和一个滑动关节分别实现手的左右,上下及前后运动。
工作区域是扇形旋转体。
(4关节坐标型 (articulated/anthropomorphic(3R用三个转动关节实现手在工作空间的任意定位。
工作区域是一个旋转体,其截面由转动关节转动行程角所确定的一些弧线构成。
(5平面关节型 SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm由两个转动关节和一个滑动关节组成。
两个转动关节控制前后,左右运动;滑动关节实现上下运动。
工作区域是截面为矩形的旋转体这里只给出了几种简单的臂结构。
各类型结构的优缺点简要分析如下:直角坐标型结构:三个关节分别沿着直角坐标的三坐标轴移动,几何运动直观,计算简单,便于控制。
该结构刚度好,可得到较高精度。
但机器人所占运行空间大,滑动关节密封性及操作的灵活性差。
多转动关节型:灵活性最强,可以避开一些障碍物到达操作点。
运行所占空间及占地面积小,关节易于密封。
但是关节角与空间位置的关系复杂且相互关联,因此控制计算量大,控制相对复杂。
圆柱坐标型和球坐标型的优缺点介于上述两类结构之间。
平面关节型:结构简单,特别适合小型零件的插接装配。
注:机器人的腕和手(操作器的结构略2.1.1 机器人的移动机构对机器人移动机构的基本要求是能承受机器人自身重力及操作过程中存在的力和力矩,并保持平衡和具有一定的刚度;具有较高的机动性。
目前移动机构的主要类型有轮式、履带式、足式及其它(如机器鱼,爬壁机器人等,下面对移动机器人的几种典型机构及特点给出简要介绍。
轮式移动机构:轮式移动机构有移动平稳、机动性高、便于操纵等特点。
但只适合在平坦地面运行,不能上下阶梯、越沟。
轮式移动机构一般具有三轮、四轮式两种,其中驱动轮用以驱动机器人运动,控制移动的速度,有时也用以控制移动方向;转向轮用以控制机器人移动方向;小脚轮和自由轮:用以支撑机器人保持平衡, 被动地适应机器人转向运动的要求。
几种轮式移动机构。
三轮机构,四轮移动机构,全转向三轮移动机构,每个轮子都同时用作驱动和转向轮,能随时向任意方向做直线运动,这时三轮的轴线均与运动方向垂直。
它也能作任意孤线运动,只要三轮轴线均通过弧线的曲率中心点,就可以作就地转动,以及完成这些运动的组合。
因此,这类机构又称为全方位移动机构。
履带式移动机构这是类似于履带坦克及拖拉机的移动机构,其特点是能在凹凸不平的地面上行走,稳定性好,能跨越障碍物,爬越较大斜坡或阶梯。
但是履带式移动机构运动方向的操纵,由左右履带的速度差值所控制。
因此,转向时必出现滑动,阻力较大,转向半径及中心准确度较差。
有关各种特效的履带移动机构,可参考有关文献。
步行式移动机构步行式移动机构是指采用了类似人、兽或昆虫用脚迈步移动的机构,有两足、四足、六足、八足等移动机构,它们的特点是只需要离散的着地点,能在平地也能在凹凸不平的地面行走;能越过沟、穴等障碍物;能上、下阶梯,具有较高的机动性。
然而步行控制复杂,尤其是对于双足机器人,步行的稳定性不易控制。
除了模仿人的两足步行机构外,还有模仿兽类的四足步行机构,它有四条腿,通常每条腿有三个自由度。
还有模仿昆虫的六足步行机构,它有六条腿,每条腿通常有三个自由度,共 18 个自由度。
这些机构能灵活地前进、后退、向左或向右以不同半径转弯以及调整机器人离地高度及倾斜角度等。
2.2 机器人的驱动机构驱动机构通常包括驱动机、减速及传递机构。
2.2.1 驱动机常用于机器人的驱动机有液压、气压和电动驱动机。
液压驱动机的优点是能产生非常大的力(如在 280×105 牛顿/米工作压力下, 2 厘米直径液压缸就能产生 8000 牛顿力。
力矩 -重量比值较高,能以体积小重量轻的驱动器提供较大的驱动力,刚度大。
缺点是:需液压动力源设备,内部漏油及油温影响驱动特性;管理、维修技术要求高,一次性投资较高等。
目前液压执行机构主要用于大型机器人的驱动气压驱动机的优点是:成本低,可靠性高,维修管理容易,无污染,不会失火。
缺点是:难于准确控制速度和位置,出力小,有噪声,易锈蚀等。
一般用于控制要求不高、出力要求不大的场合。
电动驱动机即指电机,它的优点是:便于控制,能实现快速精确的位置和速度控制,信号处理方便,配线容易,比较清洁。
缺点是:力矩一重量比值较低, 为得到低速大力矩,需使用减速器,并因减速器存在齿隙而引起一些控制问题。
常用的电机主要有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机三种。
其中直流伺服电机应用最广,这是由于直流伺服电机的机械特性和控制特性好,调速范围宽, 起动力矩大,效率高等。
随着电子技术的发展,近年来出现了采用电子换向技术的直流无刷电机,避免了机械换向可能带来的火花问题。
交流伺服电机的电源提供简单,但控制相对复杂。
步进电机直接用脉冲数字信号控制,控制简单,位置控制准确。
但一般效率较低,长期工作有丢步问题。
一般用于小型普及型机器人。
还有一些特殊的驱动方式,如气囊驱动:英国的“Shadow” 计划研制的双足步行机器人的传动结构就是采用的气囊肌肉的方式进行驱动。
它具有重量轻,输出力大,柔顺性好等优点;记忆合金驱动器(SMA :功率重量比大,驱动电压低, 无噪音,无污染等优点;压电驱动器:体积小、精度高、响应快、输出力大,可用于微动机器人。
关节的驱动方式有直接驱动方式和间接驱动方式两种。
直接驱动方式是驱动器的输出轴和机器人手臂的关节轴直接相连;这种方式的优点是驱动器和关节之间的机械系统较少,因而能够减少摩擦、间隙等非线性因素的影响,可以做到控制性能比较好。
然而,在另一方面,为了直接驱动手臂的关节,驱动器的输出力矩必须很大,此外,必须考虑手臂的动力学问题。
间接驱动方式是把驱动器的力通过减速器等传递给关节。
大部分机器人的关节是间接驱动。
这种间接驱动,通常其驱动器的输出力矩大大小于驱动关节所需要的力矩,所以必须使用减速器。
2.2.2 减速机构减速机构的目的是把电动机输出的高转速小力矩的运动变换成低转速大力矩的关节旋转运动,或变换成低速驱动力大的关节直线运动。
描述减速机构的基本参数是传动比,又称减速比。
传动比与传动效率定义 2.1 传动比 i :输入转速与输出转速之比定义 2.2 传动效率η :输出功率与输入功率之比在忽略传动机构功耗的情况下,输出转速是输入转速的 1/ i ,输出力矩是输入力矩的 i 倍。
常用的减速机构有两类 :旋转减速机构和平移减速机构。
旋转减速机构:一般输入轴由电机带动作高速旋转运动,输出轴作低转速运动。
主要有齿轮减速机构、蜗轮-蜗杆减速机构、行星齿轮减速机构和谐波减速机构等。
齿轮减速机构输入轴与输出轴可以平行(见图 2.5(a也可以垂直相交(见图 2.5(b,转速比即为输出齿轮的齿数与输入齿轮的齿数之比。
一级齿轮减速比较小,且有齿隙。
为获得大减速比,通常需多级。
蜗轮-蜗杆减速机构用于交错轴间传递运动与力,轴交角通常为 90 度。
它有较大的转速比。
有自锁功能(即在外力作用下能自行保持关节位置。
但其机械效率低 (<60%,且有齿隙。
行星减速机构由太阳轮 S 、行星齿轮 P 、行星轮支架(即转臂 C 和内齿轮 A 组成。
太阳轮位于行星减速机构“ 太阳系” 中心,是有外齿的中心轮。
中心轮是指与行星齿轮相啮合,且轴线固定的齿轮。
行星齿轮在转臂的带动下围绕太阳轮做行星运动,行星齿轮既有公转,又有自转。
内齿轮位于行星减速机构的最外侧,是具有内齿的中心轮。
