哈工大机器人技术课程总结

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 绪论1. 机器人学（Robotics）它包括有基础研究和应用研究两个方面，主要研究内容有：(1) 机械手设计；(2) 机器人运动学、动力学和控制；(3) 轨迹设计和路径规划；(4) 传感器(包括内部传感器和外部传感器)；(5) 机器人视觉；(6) 机器人语言；(7) 装置与系统结构；(8) 机器人智能等。2. 机器人学三原则：（1）机器人不得伤害人（2）机器人应执行人们的命令，除非这些命令与第一原则相矛盾（3）机器人应能保护自己的生存，只要这种保护行为不与第一第二原则相矛盾。3. 6种型式的机器人：(1) 手动操纵器：人操纵的机械手，缺乏独立性；(2) 固定程

2、序机器人：缺乏通用性；(3) 可编程机器人：非伺服控制；(4) 示教再现机器人：通用工业机器人；(5) 数控机器人：由计算机控制的机器人；(6) 智能机器人：具有智能行为的自律型机器人。4. 按以下特征来描述机器人：（1）机器人的动作机构具有类似于人或其他生物体某些器官 ( 如 肢体、感官等 ) 的功能；（2） 机器人具有通用性，工作种类多样，动作程序灵活易变，是柔性加工主要组成部分；（3）机器人具有不同程度的智能，如记忆、感知、推理、决策、学习等；（4）机器人具有独立性，完整的机器人系统，在工作中可以不依赖于人的干预。5. 机器人主要由执行机构、驱动和传动装置、传感器和控制器四大部分构成6.

3、 控制方式主要有示教再现、可编程控制、遥控和自主控制等多种方式。7. 示教再现 即分为示教存储再现-操作四步进行。8. 控制信息 顺序信息：位置信息：时间信息：9. 位置控制 点位控制PTP（Point to Point）： 连续路径控制CP（Continuous Path）：10. 操纵机器人可分为两种类型：能力扩大式机器人：遥控机器人：11. 第三代智能机器人应具备以下四种机能：运动机能 感知机能： 思维能力：人机对话机能： 智能机器人是一种“认知适应的工作方式。12. 目前我国机器人的发展正朝着实用化、智能化和特种机器人的方向发展。第二章 机器人的总体和机械结构设计1. 机器人设计包括机

4、械结构设计，检测传感系统设计和控制系统设计等，是 机械、电子、检测、控制和计算机技术的综合应用。2. 机器人由机械部分、传感部分、控制部分三大部分组成。这三大部分可分成驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人环境交互系统、人机交互系统、控制系统六个子系统。3. 工业机器人的主要技术参数一般都应有：自由度、定位精度、重复定位精度、工作范围、最大工作速度、承载能力等。4. 机器人的关节符号表示 :滑动关节用P表示;旋转关节用R表示;球型关节用S表示.5. 需要六个自由度才能将物体放到空间任意指定位姿（即位置和姿态）。少于六个自由度，机器人的能力将受到相应限制（自由度越少，限制越多）。6. 机器人精

5、度是指定位精度和重复定位精度。定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异。重复定位精度是指机器人重复定位其手部于同一目标位置的能力，可以用标准偏差这个统计量来表示。它是衡量一系列误差值的密集度，即重复度。定位精度取决于定位方式、运动速度、控制方式、臂部刚性、驱动方式、缓冲方式等。7. 工作范围是指机器人手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也叫做工作区域。因为末端操作器的形状和尺寸是多种多样的，为了真实反映机器人的特征参数，所以是指不安装末端操作器时的工作区域。8. 最大工作速度通常指机器人手臂末端的最大速度。提高速度可提高工作效率，因此提高机器人的加速减速能力，保证机器人加速

6、减速过程的平稳性是非常重要的。9. 承载能力是指机器人在工作范围内的任何位姿上所能承受的最大质量。机器人的载荷不仅取决于负载的质量，而且还与机器人运行的速度和加速度的大小和方向有关。为了安全起见，承载能力是指高速运行时的承载能力。通常，承载能力不仅要考虑负载，而且还要考虑机器人末端操作器的质量。10. 机器人总体设计的主要内容有：确定基本参数，选择运动方式，手臂配置形式，位置检测，驱动和控制方式等。11. 机器人总体设计步骤分以下几个部分:(1)系统分析需要做如下分析工作： 1)明确采用机器人的目的和任务。2)分析机器人所在系统的工作环境，包括设备兼容性等。3)认真分析系统的工作要求，确定机器

7、人的基本功能和方案。如机器人 的自由度数、信息的存储容量、定位精度、抓取重量 4)进行必要的调查研究，搜集国内外的有关技术资料。(2) 技术设计 1)机器人基本参数的确定。臂力、工作节拍、工作范围、运动速度及定位精度等。当机器人或机器手本身所能达到的定位精度有困难时，可采用辅助工夹具协助定位的办法，即机器人实现粗定位、工夹具实现精定位。2)机器人运动形式的选择。常见机器人的运动形式有五种：直角坐标型、圆柱坐标型、极坐标型、关节型和SCARA型。3)拟定检测传感系统框图。选择合适的传感器，以便结构设计时考虑安装位置。4) 确定控制系统总体方案，绘制框图。5) 机械结构设计。确定驱动方式，选择运动

8、部件和设计具体结构，绘制机器人总装图及主要部件零件图。(3) 仿真分析 1)运动学计算。2)动力学计算。3)运动的动态仿真。 4)性能分析。 5)方案和参数修改。12. 机器人运动学中通常定义以下三种坐标系：全局参考坐标系：关节参考坐标系： 工具参考坐标系：13. 机器人手也叫末端操作器，相当于人的手抓。主要作用是夹持工件或让工具按照规定的程序完成指定的工作。 14. 手部设计的主要研究方向是柔性化、标准化、智能化。手部：工业机器人手部+类人机器人手部手部原理：钳爪式+吸附式吸附式：1）磁吸式利用永久磁铁或电磁铁通电后产生的磁力来吸取铁磁性材料工件。 2）气吸式：利用橡胶皮腕或软塑料腕中所形成

9、的负压而把工件吸住的，适用于薄铁片、板材、纸张、薄而易碎的玻璃器皿和弧形壳体零件等的抓取。气吸式手部主要分为三种：真空式吸盘 气流负压式吸盘 挤气负压式吸盘15. 机器人操作臂将末端工具置于其工作空间的任意点需要三个自由度。即回转、俯仰和摆动，腕部实际需要的自由度应根据机器人的工作性能来确定。在多数情况下，腕部具有两个自由度，既回转和俯仰或摇摆。16. 腕部设计要点：结构应尽量紧凑、质量小；要适应工作环境的要求；要综合考虑各方面要求，合理布局17. 典型的腕部结构（1）直接驱动腕部结构 ： 具有回转运动的腕部结构；具有回转和摆动运动的腕部结构（2）具有机械传动的腕部结构： 具有两个自由度机械传

10、动的腕部结构；具有三个自由度机械传动的腕部结构18. 两自由度机械传动的腕部结构：腕部的俯仰运动； 手部的回转运动19. 三自由度机械传动的腕部结构：腕部的俯仰运动及其诱起运动；腕部的回转运动及其诱起运动；手部回转运动20. 臂部设计21. 缓冲与定位 22. 机器人可分成固定式和行走式两种。如（1) 车轮式行走机器人 (2) 脚式行走机器人(3) 履带式行走机器人(4) 其他行走机器人23. 根据机器人的行走环境可将机器人所具有的移动机能分为： 地面移动机能、水中移动机能、空中移动机能.24. 车轮式行走机构具有移动平稳、能耗小以及容易控制移动速度和方向等优点。目前得到应用的主要是三轮式和四

11、轮式。三轮具有最基本的稳定性，其主要问题是移动方向的控制。25. 机身设计机器人机械结构有三大部分：机身、手臂(包括手腕)、手部。机身，又称为立拄，是支撑臂部的部件，并能实现手臂的升降、回转或俯仰运动机器人必须有一个便于安装的基础件，这就是机器人的机座机座往往与机身做成一体。第三章和第四章 机器人雅可比矩阵(简称雅可比)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。第五章 轨迹规划1. 机器人的规划指的是机器人根据自身的任务，求得完成这一任务的解

12、决方案的过程。2. 机器人的规划是分层次的，从高层的任务规划，动作规划到手部轨迹规划和关节轨迹规划，最后才是底层的控制。 对工业机器人来说，高层的任务规划和动作规划一般是依赖人来完成的。而且一般的工业机器人也不具备力的反馈，所以，工业机器人通常只具有轨迹规划的和底层的控制功能。3. 轨迹的生成一般是先给定轨迹上的若干个点，将其经运动学反解映射到关节空间，对关节空间中的相应点建立运动方程，然后按这些运动方程对关节进行插值，从而实现作业空间的运动要求，这一过程通常称为轨迹规划4. 运动轨迹的描述或生成有以下几种方式：(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

13、运动。5. 通常这种规划涉及到以下几方面的问题：(1) 对工作对象及作业进行描述，用示教方法给出轨迹上的若干个结点(knot)。(2) 用一条轨迹通过或逼近结点，此轨迹可按一定的原则优化，如加速度平滑得到直角空间的位移时间函数X(t)或关节空间的位移时间函数q(t)；在结 点之间如何进行插补，即根据轨迹表达式在每一个采样周期实时计算轨迹上点的位姿和各关节变量值。(3) 以上生成的轨迹是机器人位置控制的给定值，可以据此并根据机器人的动态参数设计一定的控制规律。(4) 规划机器人的运动轨迹时，尚需明确其路径上是否存在障碍约束的组合。6. 一般将机器人的规划与控制方式分为四种情况。7. 08. 机器

14、人轨迹控制过程如图所示9. 空间圆弧插补可分三步来处理：(1) 把三维问题转化成二维，找出圆弧所在平面。(2) 利用二维平面插补算法求出插补点坐标(Xi+1, Yi+1)。(3) 把该点的坐标值转变为基础坐标系下的值10. 插补点要多么密集才能保证轨迹不失真和运动连续平滑呢？可采用定时插补和定距插补方法来解决。11. 由于ts仅为几毫秒，机器人沿着要求轨迹的速度一般不会很高，且机器人总的运动精度不如数控机床、加工中心高，故大多数工业机器人采用定时插补方式。当要求以更高的精度实现运动轨迹时，可采用定距插补。12. 常用的关节空间插补有以下方法：三次多项式插值；过路径点的三次多项式插值；高阶多项式插值；用抛物线过渡的线性插值13. 单纯线性插值会导致起始点和终止点的关节运动速度不连续，且加速度无穷大，显然，在两端点会造成刚性冲击。14. 机器人控制系统的功能、组成（1）基本功能构成： 记忆功能；示教功能；与外围设备联系功能；坐标设置功能；人机接口；传感器接口；位置伺服功能；故障诊断安全保护功能：（2）机器人控制系统的组成：控制计算机 ；示教盒 ；操作面板 ；硬盘和软盘存储 ；数字和模拟量输入输出 ；打印机接口 ；传感器接口 ； 轴控制器 ；辅助设备控制 ；通信接口 ；网络接口 。15. 给定目标轨迹的方式有示教再现方式和数控方式（离线编程）两种。