运动控制算法轨迹规划 ppt课件
运动控制 PPT
对最大加速度的需要。
馈环建在最里面，延迟时
•ACR的输出电压限幅值Ucm，表示对最小角的限制，也表示对电力 电子变换器输出电压的限制。
间最长的那个物理量的反 馈环建在最外面。
ASR：在启动期间或输入给定信号幅值过大时产生饱和，在其他期间不应产生饱和。ASR的饱和隔 绝了外环对内环的干扰，使系统在起动期间表现为仅有一个电流环的特点，达到在起动期间恒流起 动的目的。
ASR的输出：
U
* i
I d
ACR的输出：Uc
Ud0 Ks
Cen Id R Ks
CeU
* n
/
IdL
R
Ks
例题
双闭环调速系统中已知数据为：电动机：UN=220v，IN=20A，nN=1000r/min，电枢回路总 电阻R=1Ω。设Unm*=Uim*=Ucm=10V，电枢回路最大电流Idm=40A，Ks=40，ASR与ACR均 采用PI调节器。试求： （1）电流反馈系数β和转速反馈系数α。 （2）当电动机在最高转速发生堵转时的Ud，Ui*，Ui和Uc值。
• 解决办法：
• 将电流、转速调节器分开，分别用两个调节器； • 转速环为外环，转速环的输出作为电流环的给定。
转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法
转速、电流双闭环控制的直流调速系统是应用最广性 能很好的直流调速系统。本章着重阐明其控制规律、 性能特点和设计方法，是各种交、直流电力拖动自动 控制系统的重要基础。
运动控制
知识回顾
开环调 速系统
Id Idm
Idcr O
机械特性软 闭环调速 堵转电流过大 加电流截
系统（P）
止负反馈
系 统 有 静 差
转速无静 差系统（PI）
第4章 轨迹规划
（4）控制系统实现预期轨迹。
4.3 机器人轨迹插值计算
给出结点（位置姿态）； 进行运动学反解； 关节变量的插值计算； 位置伺服系统实现。
每隔一个时间间隔ts完成一次
4.3.1 直线插补 直线插补和圆弧插补是机器人系统中的基本插补
算法。对于其他轨迹，可以采用直线或圆弧逼近，以 实现这些轨迹。
0T6 6TT= 0TB Bpi
0T6=0TB Bpi 6T-1T
0T6=0TB Bpi+1 6T-1T 式中：6TT 为工具坐标系{T}相对末端连杆系{6}的变换；
BPi和BPi+1分别为两结点Pi和Pi+1相对坐标系{B}的齐次变换。 可将气动手爪从结点Pi到结点Pi+1的运动看成是与气动手爪 固接的坐标系的运动，按前述运动学知识可求其解。
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。
一般的工业机器人不具备力的反馈，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。
轨迹规划的目的：将操作人员输入的任务描述变为 详细的运动轨迹描述。
对一般的工业机器人来说，操作员可能只输入机械 手末端的目标位置和方位，而规划的任务便是要确 定出达到目标的关节轨迹、运动的时间和速度等。
后两项插值依据
一、三次多项式插值
0 0
tf
f
&0 0
&tf
0
t a0 a1t a2t2 a3t3
满足连续平稳运动要求的三次多项式插值函数为 关节角速度和角加速度的表达式为
二、过路径点的三次多项式插值
机器人作业路径在多个点上有位姿要求
把每个关节上相邻的两个路径点分别看做起始点和 终止点，确定相应的三次多项式插值函数。
机器人学基础机器人轨迹规划蔡自兴课件
Part
02
机器人轨迹规划概述
轨迹规划的定义
轨迹规划是指根据机器人作业任务的 要求，通过一系列算法和计算，为机 器人确定从起始位置到目标位置的路 径和姿态变化过程。
轨迹规划的主要目标是确保机器人在 运动过程中安全、平稳、高效地完成 作业任务，同时避免与环境和其他物 体发生碰撞。
轨迹规划的分类
01
03
总结词：权威性强
THANKS
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机器人轨迹规划的挑战与展望
面临的挑战
环境不确定性
机器人所处的环境常常具有不确 定性，如障碍物突然出现、动态 变化等，需要机器人具备快速适 应和调整的能力。
实时性要求
许多应用场景要求机器人的运动 轨迹规划具有实时性，能够快速 响应外界变化。
高精度要求
在某些应用场景中，如工业制造 、医疗手术等，机器人需要实现 高精度的轨迹跟踪和定位。
第三阶段
20世纪90年代，随着人工智能技 术的进步，机器人开始具备自主 学习和决策能力。
机器人的应用领域
工业领域
机器人广泛应用于汽车制造、电子制造、金 属加工等工业生产线上，提高生产效率和产 品质量。
服务领域
机器人可以提供各种服务，如家庭服务、餐饮服务 、医疗服务等，提高服务质量和效率。
军事领域
机器人可以用于军事侦察、排雷、攻击等任 务，提高军事行动的安全性和效率。
机器人学基础机器人 轨迹规划蔡自兴课件
• 机器人学基础概念 • 机器人轨迹规划概述 • 机器人轨迹规划技术 • 机器人轨迹规划的应用实例 • 机器人轨迹规划的挑战与展望 • 参考文献
目录
Part
01
机器人学基础概念
机器人的定义与分类
运动控制器 运动轨迹控制与路径规划方法解析
运动控制器运动轨迹控制与路径规划方法解析运动控制器：运动轨迹控制与路径规划方法解析运动控制器在现代工业领域中起着至关重要的作用。
它被广泛应用于机器人、自动化生产线以及机械系统等领域，用于实现精确的运动控制和路径规划。
本文将深入解析运动控制器的原理和常用的运动轨迹控制与路径规划方法。
一、运动控制器的原理运动控制器是一种用于控制和管理运动系统的电子设备。
它通常包含一系列传感器、执行器和控制算法，用于监测和控制运动系统的位置、速度、加速度等参数。
其基本原理是通过传感器采集系统的状态信息，运用控制算法计算控制指令，并将指令传递给执行器实现对运动系统的控制。
二、运动轨迹控制方法1. 基于PID控制的运动轨迹控制方法PID控制是一种经典的闭环控制方法，它通过比较期望位置与实际位置的误差，计算出合适的控制输出。
在运动轨迹控制中，PID控制常用于单个轴或简单的轨迹控制。
具体流程为：首先，通过传感器获取当前位置信息；然后，计算期望位置与实际位置的误差；最后，根据误差值计算PID控制输出，控制执行器实现运动控制。
2. 基于轨迹生成的运动轨迹控制方法在复杂的运动系统中，通过一系列的位置点轨迹来描述运动路径更为合适。
这种方法需要根据运动路径的特点生成一个完整的轨迹，然后运动控制器通过控制执行器按照该轨迹进行运动。
常用的方法有样条曲线插值和直线段插值等。
三、路径规划方法路径规划是指在给定的环境中，根据机器人或运动系统的起点和终点，计算出一条最优路径的过程。
在复杂的工业环境中，路径规划需要考虑到障碍物、路径长度等因素。
以下是常见的路径规划方法：1. A*算法A*算法是一种经典的启发式搜索算法，常用于路径规划。
它通过评估每个点到终点的估计代价来搜索最优路径。
A*算法是一种兼顾了追求最短路径和搜索效率的算法，因此在很多实际应用中得到了广泛应用。
2. RRT算法基于快速探索树（RRT）的路径规划算法利用树结构快速生成路径。
通过一系列的随机抽样和添加节点，RRT算法能够生成大量的路径样本，并在不断优化的过程中找到最优路径。
第七章 轨迹规划2
机器人学导论
3
关节轨迹的插值
获得路径点：路径点通常是用工具坐标系相对工作坐 标系的位姿来表示的。 用运动学反解将路径点转换成关节矢量角度值；
对每个关节拟合一个光滑的函数，使每个关节都从各 自的起始点开始运动，依次通过所有的路径点，最后 达到目标点。
对关节进行插值和拟合时，应满足一系列的约束条件： 如运动速度、加速度要求等。 4 机器人学导论
2）在过渡区，则按抛物线公式进行计算轨迹：
机器人学导论
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习题：
机器人学导论
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机Leabharlann 人学导论1本章在机器人运动学和动力学的基础上，讨论关节空 间和笛卡尔空间中机器人运动轨迹规划和轨迹生成问 题。
所谓轨迹，是指机械手在运动过程中的位移、速度和 加速度。 而轨迹规划是根据作业任务的要求，计算出预期的运 动轨迹。
机器人学导论
2
点位跟踪:关注的是机器人作业时的起始状态与目标状 态。这里点指的是工具坐标系的位置和姿态（位姿）。 连续路径跟踪：对于弧焊和曲面加工等工况，不仅要 规定机器人的起始点和终止点，而且要指明两点之间 的若干中间点（路径点） 规划时还要考虑路径上是否有障碍物…
一、三次多项式插值
假设起始点的关节角和终止点的关节角都通过运动学 反解得到。
此时，运动轨迹的描述可用起始点关节角和终止点关 节角的一个平滑函数表示。
三次多项式比较简单
机器人学导论
5
引入四个约束条件：
得到四个方程：
注：这组解只适合起始速度、终止速度为0的情况。
机器人学导论 6
例题：设有一个旋转关节的单自由度操作臂处于静 止状态时，θ0=15度，要在3s内平稳运动到终止位 置： θt=75度，并要求终止点速度为0.
运动控制和学习PPT课件
闭环控制模型
closed执-l行o控o制p器control
model
错误纠正
↓
命令
↓
各种运动参数（方向、 速度等）
↓
肌肉活动
↓
运动
错误检测 反馈
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闭环控制模型
• 强调外周感觉信息反馈
用于提高运动的效率和准确性
• 对输出反应的反馈调节（负、正反馈） • 学习或掌握新技术中采用此模式获取运动 • 强调学习者的主动控制、修正和调节实现运动控制
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（3）优势现象
在中枢神经系统内，当某一中枢受 到较强刺激，其兴奋水平不断提高， 这个提高兴奋水平的中枢，称兴奋优 势灶，它能综合其他中枢扩散而来的 兴奋，提高其自身的兴奋水平，对其 临近中枢却发生抑制作用。
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（4）反馈
是中枢神经系统高位和低位中枢之 间的一种相互联系、促进、制约的方式。 神经元之间的环路联系是反馈作用的结 构基础。反馈活动有2种，使原有活动 加强和持久的正反馈，使原有活动减弱 或终止的负反馈，起到促进活动出现， 保持活动适度，防止活动过度的作用 （运动、激素的反馈调节）。
运动控制
• 为调节或者管理动作的能力。 • 肢体精确完成特定功能活动的能力
• 狭义：上运动神经元体系对肢体运动的精确控制，涉及大脑皮质、小脑、脑 干网状结构、前庭等。
• 广义：还包括下运动神经元病变、骨关节病变和神经-肌肉病变的参与。
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运动控制的内涵
• 中枢神经系统（CNS）需要将许多单块肌肉组织起来，并把他们联合起来形成协调 的功能性动作；
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脑 干 层 面 的 姿 势 反 射