工业机器人力控与顺应控制.ppt

智能与控制工程研究所 智能与控制工程研究所 工业机器人力控与顺应控制 第一页，共三十四页，2022年，8月28日 * 智能与控制工程研究所 * 10.1 引言（Introduction） 工业机器人的控制可大致分为三种形式 位置控制（Position Control） 力控（Force Control） 顺应控制（Compliance） 第二页，共三十四页，2022年，8月28日 * 智能与控制工程研究所 * 10.1.1 位置控制（ Position Control） 位置控制是在预先指定的坐标系上,对机器人末端执行器（end effector）的位置和姿态（方向）的控制。如图10-1所示，末端执行器的位置和姿态是在三维空间描述的，包括三个平移分量和三个旋转分量，它们分别表示末端执行器坐标在参考坐标中的空间位置和方向（姿态）。因此，必须给它指定一个参考坐标，原则上这个参考坐标可以任意设置，但为了规范化和简化计算，通常以 end effector X X Y Y Z Z 图10-1 机器人操作手 O 机器人的基坐标作为参考坐标。机器人的基坐标的设置也不尽相同，如日本的Movemaster－Ex系列机器人，它们的基坐标都设置在腰关节上，而美国的Stanford机器人和Unimation公司出产的PUM系列机器人则是以肩关节坐标作为机器人的基坐标的。 第三页，共三十四页，2022年，8月28日 * 智能与控制工程研究所 * 机器人的位置控制主要有直角坐标和关节坐标两种控制方式。 直角坐标位置控制：是对机器人末端执行器坐标在参考坐标中的位置和姿态的控制。通常其空间位置主要由腰关节、肩关节和肘关节确定，而姿态（方向）由腕关节的两个或三个自由度确定。通过解逆运动方程，求出对应直角坐标位姿的各关节位移量，然后驱动伺服结构使末端执行器到达指定的目标位置和姿态。 关节坐标位置控制：直接输入关节位移给定值，控制伺服机构。 从70年代初开始，专家们提出了各种各样的位置控制方法和相应的控制算法，其中比较有代表性的有： （1） 解运动位置的控制RMPC （Resolved Motion Position Control） 1972年由Richard P. Paul提出机器人关节坐标路径和直角坐标路径两种轨迹控制方法，其代表作为： R P Paul. Modeling, Trajectory Calculation and Serving of a Computer Controlled Arm. Stanford Artificial Intelligence Lab., Stanford University, Stanford, CA. A. I. Memo 177, Sept. 1972 R P Paul. Manipulator Cartesian Path Control. IEEE Trans. On Sys. Man, Cybernetics, Vol. SMC-9, Nov.1979, PP.702-711 第四页，共三十四页，2022年，8月28日 * 智能与控制工程研究所 * （2）解运动速度的控制RMRC （Resolved Motion Rate Control） 1969年由D. E. Whitney提出。代表作是： D E Whitney. Resolved Motion Rate Control of Manipulators and Human, Prostheses IEEE Trans. on Man-Mach. system. Vol. MMS-10, No.2, June 1969, pp.47-53 （3）解运动加速度的控制RMAC ( Resolved Motion Acceleration Control ) 1980年由美籍华人科学家陆养生（J. Y. S. Luh）提出。其代表作为： J Y S Luh, M W Walker, and R P Paul. Resolved Acceleration control of Mechanical Manipulators. IEEE Trans. on Auto. Control , Vol. AC25, No.3, June 1980, pp468-474 第五页，共三十四页，2022年，8月28日 * 智能与控制工程研究所 * （4）解运动力的控制RMFC ( Resolved Motion Force Control ) 1982年由吴清华（Wu C. H.）和R. P.