對于一個(gè)具有高度智能的機器人,它的控制系統實(shí)際上包含了“任務(wù)規劃” “動(dòng)作規劃”“軌跡規劃”和基于模型的 “伺服控制”等多個(gè)層次,如圖1-7所示。 機器人先要通過(guò)人機接口獲取操作者的 指令,指令的形式可以是人的自然語(yǔ)言, 或者是由人發(fā)出的專(zhuān)用的指令語(yǔ)言,也可 以是通過(guò)示教工具輸入的示教指令,或者 鍵盤(pán)輸入的機器人指令語(yǔ)言以及計算機程
序指令。機器人其次要對控制命令進(jìn)行解釋理解,把操作者的命令分解為機器人可以實(shí)現的 “任務(wù)”,這是任務(wù)規劃。然后機器人針對各個(gè)任務(wù)進(jìn)行動(dòng)作分解,這是動(dòng)作規劃。為了實(shí)現機器人的一系列動(dòng)作,應該對機器人每個(gè)關(guān)節的運動(dòng)進(jìn)行設計,即機器人的軌跡規劃。Z底 層是關(guān)節運動(dòng)的伺服控制
控制系統的任務(wù)是根據機器人的作業(yè)指令以及從傳感器反饋回來(lái)的信號,支配機器人的執行機構去完成規定的運動(dòng)和功能。如果 機器人不具備信息反饋特征,則為開(kāi)環(huán)控 制系統;具備信息反饋特征,則為閉環(huán)控 制系統。根據控制原理可分為程序控制系 統、適應性控制系統和人工智能控制系 統。根據控制運動(dòng)的形式可分為點(diǎn)位控制 和連續軌跡控制。
伺服電機的轉動(dòng)速度、扭矩、反饋信號頻率和額定電壓等參數是整個(gè)機器人控制系統的決定性因素之一;減速機和減速齒輪降低電機的轉動(dòng)速度,加大輸出扭矩
每個(gè)關(guān)節都是影響智能接待智能接待機器人整體運動(dòng)狀態(tài)的因子,所以設計時(shí)必須考慮全體的運動(dòng)特性,并對關(guān)節的運動(dòng)范圍和運動(dòng)速度變化做出約束。
為規劃智能接待仿人機器人的機構設計需求,計算機器人運動(dòng)過(guò)程中各關(guān)節所受的力和力矩、分析動(dòng)力學(xué)穩定性和控制規律,必須建立其動(dòng)力學(xué)模型
串行控制結構是指機器人的控制算法是由串行計算機來(lái)處理;并行處理結構能滿(mǎn)足機器人控制的實(shí)時(shí)性要求,實(shí)現復雜的計算力矩法、非線(xiàn)性前饋法、自適應控制法
運動(dòng)控制系統由通信模塊、電源模塊、控制模塊和電機驅動(dòng)模塊組成;分別驅動(dòng)3個(gè)全方位輪,實(shí)現3軸聯(lián)動(dòng);通過(guò)閉環(huán)采集到的電機碼盤(pán)信息獲得的3個(gè)輪子的速度反饋回PC 機
硬件框圖包括一個(gè)以TMS320F2812DSP 為核心的DSP 控制板,一塊配套的功率驅動(dòng)板和一臺無(wú)刷直流電機;功率驅動(dòng)部分的硬件電路,主要由前置驅動(dòng)芯片和六個(gè)功率MOSEFET 管組成
用來(lái)檢測機器人的加速度,括身體的加速度和各關(guān)節角加速度,有時(shí)候也作為抑制各關(guān)節機械振動(dòng)而檢測;根據原理可分為應變式、壓電式和MEMS 技術(shù)等
檢測機器人運動(dòng)速度,包括身體移動(dòng)速度和各關(guān)節轉動(dòng)速度等;一般可分為直流式和交流式兩種,直流式測速機的勵磁方式可分為他勵式和永磁式兩種,有帶槽的、空心的、盤(pán)式印刷電路等形式
用于機器人運動(dòng)關(guān)節的零位和極限位置的檢測,零位是機器人關(guān)節運動(dòng)開(kāi)始時(shí)的位置,零位檢測精度直接影響機器人運動(dòng)的精確度;位移傳感器一般都安裝在機器人的關(guān)節上,用來(lái)檢測機器人各關(guān)節的位移量
大部分輪子是由可變形材料(如橡膠)制成,所以相互作用是接觸面;,假設全方位移動(dòng)機器人重心不高,因此當機器人加速運動(dòng)時(shí)由重心偏高產(chǎn)生的各輪對地壓力的變化忽略不計
機器人系統的要求確定后,首先要考慮的是選擇多大的電機合適,主要考 慮負載的物理特性,包括負載扭矩、慣量等。在伺服電機中,通常以扭矩或者力來(lái) 衡量電機大小
全方位移動(dòng)機構從當前位置能夠向任意方向運動(dòng),而不需要機器人改變姿態(tài);在需要精確定位和高精度軌跡跟蹤的時(shí)候也要求運動(dòng)機構具備全方位移動(dòng)的能力