機器人機動技術(shù)與運動控制(已修改)
2025-01-31 03:43 本頁面
【正文】 Motion Control amp。 Lootion of Robot Motion Control 一切形式的移動式機器人運行時，運動控制算法都必須考慮以下三個問題： 1. 坐標系如何確定 ？ （機構(gòu)的局部坐標系，全局坐標，世界坐標系）； 怎樣去觀察運動才是合理的，符合要求的？ 這與機器人運動形式和精度有關(guān)，如結(jié)構(gòu)場地的運動，旋翼飛行器在三維空間的運動； 2. 當前機器人處于什么位置，目標點在哪里？ Current Location 的 “ 定位 ” 。 機器人的定位。 3. 以什么樣的方式，沿什么樣的路徑，向目標點運動？ 機器人的驅(qū)動控制或?qū)Ш健? Motion Control 定位的目標是：任何時刻 t下，機器人在全局場地（運動平面上）的坐標值（ Xc,Yc,θc ）。 若機器人是直線運動，根據(jù) vt曲線，利用初等幾何或簡單的微積分可以得到機器人的坐標。這是一維運動的情況。 在平面上的運動：機器人在場地上的運動路徑可能是任意形狀，所以使用一種依賴于行走路徑的定位方法是不現(xiàn)實的，因為不可能使用一種統(tǒng)一的路徑數(shù)學(xué)模型去描述所有可能的情況。但是如果使用微積分思想，把曲線看成是很多段微小直線組成，就可解決定位問題。 Motion Control Motion Control Motion Control Sensors Encoder ? 將幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖信號的傳感器，是應(yīng)用廣泛的角位移傳感元件。 ? Encoder由光柵盤和光電檢測元件組成 。 機器人結(jié)構(gòu)中， Encoder與被測軸同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時光柵盤與電機同步旋轉(zhuǎn)。光敏二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測，輸出脈沖信號，原理如圖。 ? Encoder 輸出脈沖的數(shù)，反映當前電機轉(zhuǎn)角。 Motion Control Sensors 關(guān)于運動的方向？ ? Encoder 輸出相位相差 90176。 的 A/B 2個感光元件，產(chǎn)生 A、 B兩路信號，相位相差 90176。 。只對某一相信號進行計數(shù)，計數(shù)結(jié)果反映轉(zhuǎn)動圈數(shù)。 ? 判斷其正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，須采用兩路正交信號信號。如正轉(zhuǎn)時， A的相位超前于 B的相位 90176。 ，那么反轉(zhuǎn)時， B的相位超前于 A的相位 90176。 。據(jù)此對 A相信號計數(shù)時，判斷 B相信號處于高電平還是低電平即可判斷編碼盤處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)還是反轉(zhuǎn)狀態(tài)。 Encoder 有光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。 Encoder 根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式 3種。 Motion Control Sensors 輸出倍頻（四倍頻的算法） 數(shù)學(xué)上 fA(t)和 fB(t)可描述成（ 1（ t)是階躍函數(shù)）： fA(t) =1[kt k(T/2)]1(kt kT) fB(t) =1[kt k(T/2) k(π/2)] 1[kt kT k(π/2)] 用數(shù)字延遲電路使 fA(t)和 fB(t)產(chǎn)生 τ 時刻延遲 : fA(tτ) =1[kt k(T/2)kτ] 1(kt kT kτ) fB(tτ) =1[kt k(T/2) k(π/2) kτ] 1[kt kT k(π/2) kτ 所以： fA(t)fA(tτ) =δ(kt kτ)δ(kt kT kτ) fB(t)fB(tτ) =δ[kt k(T/2) k(π/2) kτ]δ[kt kT k(π/2) kτ] δ(A)→δ(B )→δ(A+)→δ(B+) Motion Control Sensors Gyroscope 角動量守恒：一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。 Gyroscope基于此原理來傳感 /維持方向。 Gyroscope由位于軸心可旋轉(zhuǎn)的輪子構(gòu)成。 陀輪一旦開始旋轉(zhuǎn)，由于陀輪的角動量，陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。讀取軸所指示的方向（檢測扭矩），即可獲得角加速度。 Gyroscope多用于飛機導(dǎo)航、定位等系統(tǒng)，在移動機器人中普遍使用。 積分算法的累積誤差 Motion Control Filtering of MEMS Gyroscope: Kalman濾波是“ optimal recursive data processing algorithm（最優(yōu)化自回歸數(shù)據(jù)處理算法）
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