工业机器人的常用控制方法课件
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工业机器人课件-Servo指令的功能、语法结构和使用方法
Servo指令的举例
1 Servo On ' 开启所有的伺服电源 2 Wait M_Svo = 1 ' 等待所有的伺服电源开启 3 Spd M_NSpd ' 将线速度设置在最佳速度模式 4 Mov P1 ' 关节插补至P1坐标系 5 Servo Off ' 关闭所有的伺服电源
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
Servo指令的使用方法
1、在非Always运行的插槽中执行该指令时，无需指定机器号；此 时，该指令对机器人本体和所有附加轴均有效。
2、在Always运行的插槽中执行该指令时，必须指定具体机器号； 此时，该指令只对指定的对象有效。
3、必须将参数ALWENA设置为1，并重启控制器电源后，才能在 Always运行的插槽中执行该Servo指令。
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
Servo指令的功能
控制机器人本体或附加轴的伺服电机电源（开启或关闭）。
ห้องสมุดไป่ตู้
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
Servo指令的语法结构
① 通常的程序 Servo □ <On/Off>
② 通常执行 (ALWAYS) 程序 Servo □ <On/Off>, <机器号码>
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
Servo指令的参数
<On/Off> ：On：开启伺服电机的电源 Off：关闭伺服电机的电源。
<机器号码> ：以1～3 、常数或变量记述 只有在Always运行的插槽中，才可使用 1：表示机器人本体 2~3：表示附加轴1和附加轴2。
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
1 Servo On ' 开启所有的伺服电源 2 Wait M_Svo = 1 ' 等待所有的伺服电源开启 3 Spd M_NSpd ' 将线速度设置在最佳速度模式 4 Mov P1 ' 关节插补至P1坐标系 5 Servo Off ' 关闭所有的伺服电源
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
Servo指令的使用方法
1、在非Always运行的插槽中执行该指令时，无需指定机器号；此 时，该指令对机器人本体和所有附加轴均有效。
2、在Always运行的插槽中执行该指令时，必须指定具体机器号； 此时，该指令只对指定的对象有效。
3、必须将参数ALWENA设置为1，并重启控制器电源后，才能在 Always运行的插槽中执行该Servo指令。
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
Servo指令的功能
控制机器人本体或附加轴的伺服电机电源（开启或关闭）。
ห้องสมุดไป่ตู้
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
Servo指令的语法结构
① 通常的程序 Servo □ <On/Off>
② 通常执行 (ALWAYS) 程序 Servo □ <On/Off>, <机器号码>
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
Servo指令的参数
<On/Off> ：On：开启伺服电机的电源 Off：关闭伺服电机的电源。
<机器号码> ：以1～3 、常数或变量记述 只有在Always运行的插槽中，才可使用 1：表示机器人本体 2~3：表示附加轴1和附加轴2。
Servo指令的功能、语法结构与使用方法
《机器人的控制系统》PPT课件
完整的传感器组成：包括敏感元件、转换元件、基本转 换电路三部分。 A、敏感元件和转换元件的功能：将某种不便测量的物 理量转换为易于测量的物理量，构成传感器的结构部分
B、基本转换电路：将敏感元件产生的易测量小信号进 行变换，使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求 (如4～20mA、–5～5V)。
(5.9)
机器人杆件某点的力与用力和力矩传感 器测出的8个应变的关系为
(5.10)
W1
Fx 0
Fy
k21
F
MFzx
0 0
M
y
0
Mz k61
0 0 k32 0 k52 0
k13 0 0 0 0 k63
0 0 k34 k44 0 0
0 k25 0 0 0 k650 0 k36 0 k5 0编辑ppt18
第5章 机器人的控制系统 5.1 机器人传感器
图5.6 机器人速度伺服控制系统
测速发电机线性度好，灵敏度高，输出信号强 ，目前检测范围一般为20～40 r/min，精度为 0.2 %～0.5 %。
编辑ppt
19
第5章 机器人的控制系统 5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
图5.3 绝对式编码器码盘
编辑ppt
12
第5章 机器人的控制系统
5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
表5.1 循环码(格雷码)与二进制码及真值表
真值 0 1 2 3 4 5 6 7
格雷码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100
度 ，则编码器在该时间内的平均转速为
(5.8)
B、基本转换电路：将敏感元件产生的易测量小信号进 行变换，使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求 (如4～20mA、–5～5V)。
(5.9)
机器人杆件某点的力与用力和力矩传感 器测出的8个应变的关系为
(5.10)
W1
Fx 0
Fy
k21
F
MFzx
0 0
M
y
0
Mz k61
0 0 k32 0 k52 0
k13 0 0 0 0 k63
0 0 k34 k44 0 0
0 k25 0 0 0 k650 0 k36 0 k5 0编辑ppt18
第5章 机器人的控制系统 5.1 机器人传感器
图5.6 机器人速度伺服控制系统
测速发电机线性度好，灵敏度高，输出信号强 ，目前检测范围一般为20～40 r/min，精度为 0.2 %～0.5 %。
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第5章 机器人的控制系统 5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
图5.3 绝对式编码器码盘
编辑ppt
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第5章 机器人的控制系统
5.1 机器人传感器
5.1.2 机器人内部传感器
表5.1 循环码(格雷码)与二进制码及真值表
真值 0 1 2 3 4 5 6 7
格雷码 0000 0001 0011 0010 0110 0111 0101 0100
度 ，则编码器在该时间内的平均转速为
(5.8)
工业机器人应用技术课件ppt(PPT163张)可修改文字
一、机器人控制系统的特点
(3)具有较高的重复定位精度，系统刚性好。除直角坐标机器 人外，机器人关节上的位置检测元件不能安装在末端执行器上，而 应安装在各自的驱动轴上，构成位置半闭环系统。但机器人的重复 定位精度较高，一般为±0.1 mm。此外，由于机器人运行时要求 运动平稳，不受外力干扰，为此系统应具有较好的刚性。
(5-20)
随此着外实 ，际还工要作考情虑的况各作的关不节业同之，间信可惯息以性采力存用、各哥储种氏在不力同等内的的控耦存制合中方作式用，。和重在力执负载行的影任响务，因时此，，系依统中靠还经工常业采用机一些器控人制策的略，动如重力补偿、
前馈、解耦或自适应控制等。
与在自由空间运作动再的控现制相功比能，机，器人可在重受限复空间进运行动的该控制作主业要是。增加此了外对其，作用从端操与外作界接的触角作用度力（来包看括力，矩）要的控制要求，
图5-1 机器人控制系统的分类
二、机器人控制系统的组成
图5-2 机器人控制系统组成框图
二、机器人控制系统的组成
(1)控制计算机。控制计算机是控制系统的调度指挥机 构，一般为微型机，微处理器分为32位、64位等，如奔腾 系列CPU等。
(2)示教编程器。示教机器人的工作轨迹、参数设定和 所有人机交互操作拥有自己独立的CPU及存储单元，与主 计算机之间以串行通信方式实现信息交互。
因而受限运动的控制一般称为力控制。
四现、场机 总器线人应智用能于求力生控控产制现制方场法，系在统微机具化测有量良控制好设备的之人间实机现双界向面多结，点数尽字量通信降，从低而对形成操了新作型者的网的络集要成求式全。分布因控制系统—— 现位场置总 控线制控部制分系的此统输，出(fieΔl多dqb1u和数s速co度情nt控ro况制l s部y要s分tem的求，输F控出CΔS制q)。2相器加，的其设和作计为机人器员人的不关节仅控要制增完量Δ成q，底用于层控伺制机服器人控的制运动器。
工业机器人的常用控制方法
工业机器人的常用控制方法1.点位控制（P点控制）：点位控制是指工业机器人按照特定的坐标点来实现移动和定位。
通过设定机器人末端执行器的坐标位置，控制机器人按照预定的路径和速度进行运动，从而完成特定的工作任务。
这种方法适用于需要定点装配、螺栓拧紧等操作。
2.路径控制（P-L控制）：路径控制是指控制机器人按照预定的路径进行运动。
通过设定机器人末端执行器沿着规定的轨迹进行运动，控制机器人的速度、加速度和方向，从而实现复杂的操作任务，如焊接、喷涂等。
3.力/力矩控制（F/T控制）：力/力矩控制是指通过工业机器人末端执行器上的力/力矩传感器测量和控制机器人对物体的力和力矩。
通过测量末端执行器施加的力和力矩，并根据设定的控制策略，控制机器人的力和位置，以适应不同工件的要求。
这种方法适用于需要完成精密装配、操作敏感物体等任务。
4.视觉导引控制：视觉导引控制是指通过摄像机等视觉传感器获取工作环境的信息，并将这些信息输入到控制系统中。
通过图像处理和模式匹配等算法，控制机器人末端执行器的运动和操作，从而实现精确的视觉引导和检测。
这种方法适用于需要进行精确定位、识别和检测的任务，如物体搬运、自动装配等。
5.轨迹规划和插补控制：轨迹规划和插补控制是指通过规划机器人末端执行器的运动轨迹和插补点，实现工业机器人的运动和操作。
通过控制机器人的速度、加速度和运动方向，确保机器人的运动平滑和准确。
这种方法适用于需要复杂路径和运动规划的操作，如铣削、抛光等。
6.无线遥控：无线遥控是指通过无线通信技术，将操作指令传输到工业机器人控制系统，实现对机器人的遥控和操作。
操作人员可以通过操纵杆、手柄等设备，远程操控机器人进行各种操作。
这种方法适用于需要在远离机器人的位置进行操作的场合，如危险环境、高温环境等。
除了以上常用的控制方法外，工业机器人还可以通过其他技术和方法进行控制，如自适应控制、学习控制、力控制等。
这些控制方法的选择取决于具体的应用需求和操作要求，能够提高机器人的操作效率、准确性和安全性，实现自动化生产的目标。
工业机器人典型应用课件4(示教模式的操作)
4、ห้องสมุดไป่ตู้教
连续圆弧：如图9所示，当曲率发生改变的圆弧连续有2个以上时 ，圆弧最终将逐个分离。因此，在前一个圆弧与后一个圆弧的连 接点加入关节及直线插补的点,或添加FPT选项。
圆弧插补动作的再现速度：再现速度的设定与直线插补相同。 P1-P2间以P2速度、P2-P3以P3的速度运动。另外，若用高速示 教圆弧动作，实际运动的圆弧轨迹要比示教的圆弧小。
2）将模式键设定为“示教”
若在设定“TEACH”时，错误将[START]键按下，即 使从外部输入开始信号，也不会变成再现状态。
3、新建程序
1）输入示教程序名称
程序名称最多可输入半角32个字(全角16个字)，可使用的文字包 括数字、英文字母、符号、片假名、平假名、汉字。程序名称可 混合使用这些文字符号。若输入的程序名称已被使用时，则变成 输入错误。
在机器人使用前，请分别对控制柜、示教盒上的急停 按钮进行确认，按下时，伺服电源是否断开。
A按急停按钮：按控制柜及示教盒上的急停按钮。
B确认伺服电源关闭：当伺服电源接通时，示教盒上 的伺服显示灯闪亮。急停按钮按下，伺服电源被切断， 伺服显示灯灭。
C按示教盒上的“伺服准备”键。确认正常后，按示 教盒上的[伺服准备]键，使伺服电源处于接通状态， 伺服显示灯闪亮。
4 示教模式的操作
任务要求
学习任务一:关节 插补的操作：从1 号点移动到2号点 后再移动到3号点。
任务要求
学习任务二:关节、直 线插补实习任务：在白 纸上画出三角形。
任务要求
工作任务三 ： 圆弧、自 由插补实习任务：某包 装盒需要进行涂胶贴合 。
2、示教前的准备
1）出于安全上的考虑，应进行急停按钮的使用确认
5、示教器的显示画面
《工业机器人》课件
工业机器人在推动经济发展方面的贡献
工业机器人在推动经济发展方面发挥着重要作用，提高了工业生产效率，促进了产业升级和国家经济的发展。
工业机器人的可持续发展和环 保问题
工业机器人的发展应注重可持续性和环保性，采用节能技术和清洁生产方式， 减少对环境的影响。
竞争状况
工业机器人行业竞争激烈，包括ABB、Fanuc、KUKA等领先企业。
工业机器人在提高生产效率方面的作 用
1 自动化操作
工业机器人实现了自动化生产，提高了生产效率和产品质量。
2 精确操作
工业机器人具备精确的操作能力，减少了人为误差，提高了生产效率。
3 高速作业
工业机器人可以高速作业，加快了生产速度，提高了生产效率。
工业机器人在智能制造中的应用案例
物流领域
工业机器人在物流和仓储领域中的 应用越来越广泛，实现货物的自动 搬运和分拣。
医疗行业
工业机器人在医疗手术和康复辅助 等领域中发挥重要作用，提高治疗 效果和手术安全。
农业领域
工业机器人在农业生产中的应用逐 渐增加，实现农作物的种植、采摘 和病虫害防治。
工业机器人的未来发展趋势和展望
《工业机器人》PPT课件
工业机器人的发展与应用是现代制造业的重要组成部分。本课件将介绍工业 机器人的定义、种类、发展历程、优势和应用领域，以及机器人的构造、工 作原理和控制系统。
工业机器人的发展历程
1
早期发展
20世纪50年代至60年代，工业机器人始出现，但发展相对缓慢。2
技术突破
20世纪70年代至80年代，随着计算机和传感器技术的进步，工业机器人的性能和 功能得到了显著提升。
3
智能化发展
21世纪以来，工业机器人逐渐实现智能化，具备自主学习和适应能力，为智能制 造和自动化生产提供了强大支持。
《机器人控制》课件
总结词
描述机器人轨迹规划的方法和步骤。
详细描述
介绍机器人轨迹规划的定义、目的和意义，以及基于时间、基于距离、基于加速 度等轨迹规划方法，并给出相应的规划步骤和实例。
04
机器人控制算法
基于规则的控制算法
基础且常用
基于规则的控制算法是机器人控制中最为基础和常用的算法之一。它根据预先设 定的规则或逻辑，对机器人的运动进行控制。这种算法通常比较简单，易于实现 ，适合于一些简单的、确定性强的任务。
详细描述
介绍机器人运动学的定义、研究内容 、坐标系建立、运动学方程的建立等 基本概念，以及正运动学和逆运动学 的求解方法。
机器人动力学基础
总结词
描述机器人动力学的基础概念和原理。
详细描述
介绍机器人动力学的基本概念，如牛顿-欧拉方程、拉格朗日方程等，以及机器 人在各种运动状态下的动力学特性。
机器人轨迹规划
服务机器人应用实例
家庭服务
服务机器人进入家庭，提 供清洁、烹饪、照看老人 和儿童等服务，提高家庭 生活质量。
医疗护理
服务机器人在医疗护理领 域协助医生诊断、护理病 人，提高医疗服务水平。
旅游导览
服务机器人在旅游景区提 供导览服务，为游客提供 详细的信息和便利的导航 。
特种机器人应用实例
深海探测
特种机器人潜入深海进行资源勘探、海洋生物研 究等，拓展人类对海洋的认识。
《机器人控制》ppt课件
• 机器人控制概述 • 机器人感知与决策 • 机器人运动控制 • 机器人控制算法 • 机器人应用实例
01
机器人控制概述
机器人控制的基本概念
机器人控制
控制系统的目标
指通过预设的算法或指令，使机器人 按照要求完成一系列动作或任务的过 程杂、精确的 任务。
描述机器人轨迹规划的方法和步骤。
详细描述
介绍机器人轨迹规划的定义、目的和意义，以及基于时间、基于距离、基于加速 度等轨迹规划方法，并给出相应的规划步骤和实例。
04
机器人控制算法
基于规则的控制算法
基础且常用
基于规则的控制算法是机器人控制中最为基础和常用的算法之一。它根据预先设 定的规则或逻辑，对机器人的运动进行控制。这种算法通常比较简单，易于实现 ，适合于一些简单的、确定性强的任务。
详细描述
介绍机器人运动学的定义、研究内容 、坐标系建立、运动学方程的建立等 基本概念，以及正运动学和逆运动学 的求解方法。
机器人动力学基础
总结词
描述机器人动力学的基础概念和原理。
详细描述
介绍机器人动力学的基本概念，如牛顿-欧拉方程、拉格朗日方程等，以及机器 人在各种运动状态下的动力学特性。
机器人轨迹规划
服务机器人应用实例
家庭服务
服务机器人进入家庭，提 供清洁、烹饪、照看老人 和儿童等服务，提高家庭 生活质量。
医疗护理
服务机器人在医疗护理领 域协助医生诊断、护理病 人，提高医疗服务水平。
旅游导览
服务机器人在旅游景区提 供导览服务，为游客提供 详细的信息和便利的导航 。
特种机器人应用实例
深海探测
特种机器人潜入深海进行资源勘探、海洋生物研 究等，拓展人类对海洋的认识。
《机器人控制》ppt课件
• 机器人控制概述 • 机器人感知与决策 • 机器人运动控制 • 机器人控制算法 • 机器人应用实例
01
机器人控制概述
机器人控制的基本概念
机器人控制
控制系统的目标
指通过预设的算法或指令，使机器人 按照要求完成一系列动作或任务的过 程杂、精确的 任务。
《机器人控制技术》课件
总结词
机器人控制技术是机器人技术的重要组成部分，它利用计算机系统对机器人的运动进行精确控制，实现各种复杂动作和任务。机器人控制技术具有高效性、精确性、可靠性和自主性等特点，能够提高机器人的作业效率和精度，降低故障率，增强机器人的自主性和适应性。
详细描述
总结词：机器人控制技术经历了从传统控制方式到现代智能控制方式的转变，其发展历程包括手动控制、程序控制、离线编程控制、示教再现控制和智能控制等阶段。
总结词
总结词：机器人运动控制技术广泛应用于工业制造、医疗康复、航空航天、服务娱乐等领域。详细描述：在工业制造领域，机器人运动控制技术被广泛应用于自动化生产线、装配线、焊接线等场合，能够提高生产效率、降低人工成本、保证产品质量。在医疗康复领域，机器人运动控制技术可以实现精细化的手术操作、康复训练等，有助于提高医疗水平和康复效果。在航空航天领域，机器人运动控制技术被用于无人机的飞行控制、空间机器人的姿态控制等，能够提高飞行和操作的稳定性和精度。在服务娱乐领域，机器人运动控制技术可以实现机器人的自主导航、人机交互等，提高服务质量和用户体验。
未来机器人运动控制技术的发展趋势包括智能化、模块化、标准化和网络化。
总结词
随着人工智能和计算机技术的发展，机器人运动控制技术将越来越智能化，能够实现自主学习和决策，提高机器人的自主性和适应性。同时，机器人运动控制技术将趋向于模块化和标准化，方便实现不同机器人之间的互操作和协同工作。此外，随着物联网和云计算技术的发展，机器人运动控制技术将实现网络化，能够实现远程控制和数据共享，提高机器人的可维护性和扩展性。
特点
实时性、准确性、可靠性和自适应性。实时性是指感知系统能够快速响应环境变化；准确性是指感知数据应尽可能精确地反映实际情况；可靠性是指感知系统应具有较高的稳定性和可靠性；自适应性是指感知系统应能根据环境变化进行自我调整和优化。
机器人控制技术是机器人技术的重要组成部分，它利用计算机系统对机器人的运动进行精确控制，实现各种复杂动作和任务。机器人控制技术具有高效性、精确性、可靠性和自主性等特点，能够提高机器人的作业效率和精度，降低故障率，增强机器人的自主性和适应性。
详细描述
总结词：机器人控制技术经历了从传统控制方式到现代智能控制方式的转变，其发展历程包括手动控制、程序控制、离线编程控制、示教再现控制和智能控制等阶段。
总结词
总结词：机器人运动控制技术广泛应用于工业制造、医疗康复、航空航天、服务娱乐等领域。详细描述：在工业制造领域，机器人运动控制技术被广泛应用于自动化生产线、装配线、焊接线等场合，能够提高生产效率、降低人工成本、保证产品质量。在医疗康复领域，机器人运动控制技术可以实现精细化的手术操作、康复训练等，有助于提高医疗水平和康复效果。在航空航天领域，机器人运动控制技术被用于无人机的飞行控制、空间机器人的姿态控制等，能够提高飞行和操作的稳定性和精度。在服务娱乐领域，机器人运动控制技术可以实现机器人的自主导航、人机交互等，提高服务质量和用户体验。
未来机器人运动控制技术的发展趋势包括智能化、模块化、标准化和网络化。
总结词
随着人工智能和计算机技术的发展，机器人运动控制技术将越来越智能化，能够实现自主学习和决策，提高机器人的自主性和适应性。同时，机器人运动控制技术将趋向于模块化和标准化，方便实现不同机器人之间的互操作和协同工作。此外，随着物联网和云计算技术的发展，机器人运动控制技术将实现网络化，能够实现远程控制和数据共享，提高机器人的可维护性和扩展性。
特点
实时性、准确性、可靠性和自适应性。实时性是指感知系统能够快速响应环境变化；准确性是指感知数据应尽可能精确地反映实际情况；可靠性是指感知系统应具有较高的稳定性和可靠性；自适应性是指感知系统应能根据环境变化进行自我调整和优化。
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• 动态混合控制的基本思想是在柔顺坐标空间将任务分解为沿某些自由 度的位置控制和沿另一些自由度的力控制，并在该空间分别进行位置 控制和力控制的计算，然后将计算结果转换到关节空间合并为统一的 关节控制力矩，驱动机械手以实现所需要的柔顺功能。
7.10 机器人行为控制
一、机器人行为种类：
移动机器人导航 自主移动机器人 机器人视觉行为 基于主动视觉机器人行为控制实现
若增益为正则系统稳定，在稳态作用于环境的力为
fe
k pke k p ke
(xd
xe )
若环境的刚性很大，则fe 可近似为 f对于n自由度的机械手，可用以下方法实现阻抗控制。定义柔顺坐
标系oc xc yc zc
，给出沿每个自由度的理想刚性，这可以用6×6
的对角矩阵KX 表示，其对角元为表示线性和扭转刚性的刚度常数。给定
KX ，则对X应虚位移
的理想恢复力可表示为
F FxX
若用 表示相应的关节虚位移，则有X J ()
所需关节力矩 J T ()F
联合以上方程得： J T ()KX J () K()
1、单自由度刚性控制
假设机械手与环境在xE 点接触， 若机械手的末端位置x > xE ，则
施加于环境的力为：
fe ke (x xe ) 其中 ke 为环境的刚度。
整个系统满足以下方程： mx ke (x xe ) f
其中 f 为输入力。若xd
如图所示，采用以下PD控f制 k p (xd x) kv x
其中依赖于位形的矩阵 K ()
称为关节刚K性矩()阵 ，
一般不是对角矩J阵(。) 当
为降秩矩阵时，说明机械手处于奇异
状态，这时在某些方向机械手不能运动，因而在这些方向的刚性不能控
制。
为了使系统具有理想的动态相应性能，还应提供一定的阻尼。
同时考虑对重力矩的补偿，实际的关节控制力矩可取为：
7.9 机器人力控制
一、机器人的力与力控制种类
1、外力/力矩与广义力的关系
机器人与环境间的 交互作用将产生作 用于机器人末端手 爪或工具的力和力 矩。可以采用腕力 传感器进行测量。
典型的腕力传感器及其在机械手中的位置
7.9 机器人力控制
用 F [Fx , Fy , Fz ,nx ,ny ,nz ]T 表示机器人末端受到的外力和外
• 阻尼力控制其特点是不直接控制机器人与环境的作用力, 而是根据机器 人端部的位置(或速度) 和端部作用力之间的关系, 通过调整反馈位置 误差、速度误差或刚度来达到控制力的目的, 此时接触过程的弹性变形 尤为重要。
• 这类力控制不外乎基于位置和速度的两种基本形式。当把力反馈信号转 换为位置调整量时，这种力控制称为刚度控制；当把力反馈信号转换为 速度修正量时，这种力控制称为阻尼控制；当把力反馈信号同时转换为 位置和速度的修正量时，即为阻抗控制。
对于需要进行柔顺控制的作业任务，在完成任务的整个过程中，往往 需要根据任务的不同阶段采用不同的控制策略。以销钉插孔（插轴入 孔）的任务为例，下图表示了该任务操作过程的四个阶段。每个阶段 包含了不同的约束情况，因而需采用不同的控制策略。
vx
x
A
yz
(a)
vx B
(b)
(c)
(d)
7.9 机器人力控制
• 实现柔顺控制的方法主要有两类，一类是阻抗控制，一类是力和位置 的混合控制(动态混合控制)。
• 阻抗控制不是直接控制期望的力和位置，而是通过控制力和位置之间 的动态关系实现柔顺控制。这样的动态关系类似于电路中的阻抗概念 ，因而称为阻抗控制。在机械手末端施加一个作用力，相应地便会产 生一个运动(如速度)。如果只考虑静态，力和位置之间的关系可以用 刚性矩阵描述。如果考虑力和速度之间的关系，可以用粘滞阻尼矩阵 来描述。因此阻抗控制，就是通过适当的控制方法使机械手末端呈现 需要的刚性和阻尼。
感知一规划一行动的模型
7.10 机器人行为控制
三、基于行为的控制方法
包容式结构 自底向上 将系统按照行为划分成不同的层次
，即感知一行动，相对独立地进行 研究。即将复杂的任务分解成很多 简单的可以并发执行的单元，每个 单元有其自己的感知器和执行器， 构成感知动作行为。多个行为相互 耦合构成层次模型，它们通过竞争 与仲裁产生抑制、禁止和激活信息 协调彼此的动作。
坐标变换 力/运动变换
伺服系统
机器人终端
反作用力
坐标变换
传感器
左图为阻抗控制结构，
其核心为力矩运动转换
矩阵K设计，运动修正
环境 矩 X K F
阵
刚度
；从力控制角度，
希望K阵中元素越大越
好，则系统柔一些；从
位置控制角度，希望K
中元素越小越好，则系
统刚一些。
7.9 机器人力控制
三、相互力控制
7.10 机器人行为控制
二、机器人行为控制方式
1、移动机器人导航
移动机器人的导航方式可分为：基于环境信息的 地图模型匹配导航、基于各种导航信号的陆标导 航、视觉导航和味觉导航等。
2、自主移动机器人的控制方法
传统的基于认识模型的功能规划法
自顶向下的研究方法
将系统按照功能划分成不同的模块，即感知 一建模一规划一行动，分别进行研究，是一 条从感知到动作的串行功能分解控制路线。
J T ()[KX X~ KB X~ ] gˆ()
其中 X~ Xd X X~ X d ；X KB
； 为在工作空间表
这里所有的量均表示在任务空间，控制律也可以表示为：
K ()~ K()~ gˆ()
其中 K() J T ()KB J ()
力矩向量。设驱动装置对各关节施加的关节力矩是 ，广义力
可以通过计算这些力所做的虚功来得到。设 X 为末端虚位移 ， 为关节虚位移，满足：
X J ()
产生的虚功为： w F T X T
在外力 F 作用下，广义坐标 θ 对应广义力可表示为：
JTF
二、阻尼力控制
被动柔顺
被动柔顺装置具有响应快、成本低廉等优点，但它的应用受到 一定的限制，缺乏灵活性。
主动柔顺
主动柔顺是通过控制方法来实现的，因此对于不同的任务，可 以通过改变控制算法来获得所需要的柔顺功能。主动柔顺具有 更大的灵活性，但由于柔顺性是通过软件实现的，因而响应不 如被动柔顺迅速。
7.9 机器人力控制
7.10 机器人行为控制
一、机器人行为种类：
移动机器人导航 自主移动机器人 机器人视觉行为 基于主动视觉机器人行为控制实现
若增益为正则系统稳定，在稳态作用于环境的力为
fe
k pke k p ke
(xd
xe )
若环境的刚性很大，则fe 可近似为 f对于n自由度的机械手，可用以下方法实现阻抗控制。定义柔顺坐
标系oc xc yc zc
，给出沿每个自由度的理想刚性，这可以用6×6
的对角矩阵KX 表示，其对角元为表示线性和扭转刚性的刚度常数。给定
KX ，则对X应虚位移
的理想恢复力可表示为
F FxX
若用 表示相应的关节虚位移，则有X J ()
所需关节力矩 J T ()F
联合以上方程得： J T ()KX J () K()
1、单自由度刚性控制
假设机械手与环境在xE 点接触， 若机械手的末端位置x > xE ，则
施加于环境的力为：
fe ke (x xe ) 其中 ke 为环境的刚度。
整个系统满足以下方程： mx ke (x xe ) f
其中 f 为输入力。若xd
如图所示，采用以下PD控f制 k p (xd x) kv x
其中依赖于位形的矩阵 K ()
称为关节刚K性矩()阵 ，
一般不是对角矩J阵(。) 当
为降秩矩阵时，说明机械手处于奇异
状态，这时在某些方向机械手不能运动，因而在这些方向的刚性不能控
制。
为了使系统具有理想的动态相应性能，还应提供一定的阻尼。
同时考虑对重力矩的补偿，实际的关节控制力矩可取为：
7.9 机器人力控制
一、机器人的力与力控制种类
1、外力/力矩与广义力的关系
机器人与环境间的 交互作用将产生作 用于机器人末端手 爪或工具的力和力 矩。可以采用腕力 传感器进行测量。
典型的腕力传感器及其在机械手中的位置
7.9 机器人力控制
用 F [Fx , Fy , Fz ,nx ,ny ,nz ]T 表示机器人末端受到的外力和外
• 阻尼力控制其特点是不直接控制机器人与环境的作用力, 而是根据机器 人端部的位置(或速度) 和端部作用力之间的关系, 通过调整反馈位置 误差、速度误差或刚度来达到控制力的目的, 此时接触过程的弹性变形 尤为重要。
• 这类力控制不外乎基于位置和速度的两种基本形式。当把力反馈信号转 换为位置调整量时，这种力控制称为刚度控制；当把力反馈信号转换为 速度修正量时，这种力控制称为阻尼控制；当把力反馈信号同时转换为 位置和速度的修正量时，即为阻抗控制。
对于需要进行柔顺控制的作业任务，在完成任务的整个过程中，往往 需要根据任务的不同阶段采用不同的控制策略。以销钉插孔（插轴入 孔）的任务为例，下图表示了该任务操作过程的四个阶段。每个阶段 包含了不同的约束情况，因而需采用不同的控制策略。
vx
x
A
yz
(a)
vx B
(b)
(c)
(d)
7.9 机器人力控制
• 实现柔顺控制的方法主要有两类，一类是阻抗控制，一类是力和位置 的混合控制(动态混合控制)。
• 阻抗控制不是直接控制期望的力和位置，而是通过控制力和位置之间 的动态关系实现柔顺控制。这样的动态关系类似于电路中的阻抗概念 ，因而称为阻抗控制。在机械手末端施加一个作用力，相应地便会产 生一个运动(如速度)。如果只考虑静态，力和位置之间的关系可以用 刚性矩阵描述。如果考虑力和速度之间的关系，可以用粘滞阻尼矩阵 来描述。因此阻抗控制，就是通过适当的控制方法使机械手末端呈现 需要的刚性和阻尼。
感知一规划一行动的模型
7.10 机器人行为控制
三、基于行为的控制方法
包容式结构 自底向上 将系统按照行为划分成不同的层次
，即感知一行动，相对独立地进行 研究。即将复杂的任务分解成很多 简单的可以并发执行的单元，每个 单元有其自己的感知器和执行器， 构成感知动作行为。多个行为相互 耦合构成层次模型，它们通过竞争 与仲裁产生抑制、禁止和激活信息 协调彼此的动作。
坐标变换 力/运动变换
伺服系统
机器人终端
反作用力
坐标变换
传感器
左图为阻抗控制结构，
其核心为力矩运动转换
矩阵K设计，运动修正
环境 矩 X K F
阵
刚度
；从力控制角度，
希望K阵中元素越大越
好，则系统柔一些；从
位置控制角度，希望K
中元素越小越好，则系
统刚一些。
7.9 机器人力控制
三、相互力控制
7.10 机器人行为控制
二、机器人行为控制方式
1、移动机器人导航
移动机器人的导航方式可分为：基于环境信息的 地图模型匹配导航、基于各种导航信号的陆标导 航、视觉导航和味觉导航等。
2、自主移动机器人的控制方法
传统的基于认识模型的功能规划法
自顶向下的研究方法
将系统按照功能划分成不同的模块，即感知 一建模一规划一行动，分别进行研究，是一 条从感知到动作的串行功能分解控制路线。
J T ()[KX X~ KB X~ ] gˆ()
其中 X~ Xd X X~ X d ；X KB
； 为在工作空间表
这里所有的量均表示在任务空间，控制律也可以表示为：
K ()~ K()~ gˆ()
其中 K() J T ()KB J ()
力矩向量。设驱动装置对各关节施加的关节力矩是 ，广义力
可以通过计算这些力所做的虚功来得到。设 X 为末端虚位移 ， 为关节虚位移，满足：
X J ()
产生的虚功为： w F T X T
在外力 F 作用下，广义坐标 θ 对应广义力可表示为：
JTF
二、阻尼力控制
被动柔顺
被动柔顺装置具有响应快、成本低廉等优点，但它的应用受到 一定的限制，缺乏灵活性。
主动柔顺
主动柔顺是通过控制方法来实现的，因此对于不同的任务，可 以通过改变控制算法来获得所需要的柔顺功能。主动柔顺具有 更大的灵活性，但由于柔顺性是通过软件实现的，因而响应不 如被动柔顺迅速。
7.9 机器人力控制