机器人控制基础 本章首先研究机器人应具备的必要功能。其次 将依据本书的构成,阐述要研究的内容。最后,还要 说明今后学习机器人控制规划的重要性
1机器人控制基础 1.1机器人应具备的功能 设图1.1所示的机器人为棒球投于“野母君”。野母君首先与教练交 换信息,因而必须具备理解教练命令的功能。例如,当教练发出“在内场让 計球员}局”的命令时,野母君随即便利用其感觉功能,对击球员的情况和 自身的条件进行判断。然后,利用过去的经验,并通过自已头脑的决策功 能,确定投出什么样的球比较好。例如.设确定“投出靠近击球员的高速 球”。在实现这个决定时,具有运动功能的 A 手,躯体和足便开始动作,并且把球投掷出去。 头 结果进行得很顺利,击球员内场出局,这个经 9的验又校机器人理新记忆在头脑中 手 这种机器人必须具有感觉功能,运动功 能,以及意向决策功能和对话功能 身躯 现在的机器人,有正在产业界应用的产业 机器人,和处于研究阶段的智能机器人。智能 兄 机器人必须具备上述的所有功能,但是对于重 复进行相问工作的产业机器人来说,只要具有 感党功能和运动功能,进而具备:一些简单的控 制功能和对话功能就可以了。因为本书是为 留11机器人“野母君”学习机器人約控制而编写的教科书,所以只涉 及到产业机器人范畴的有关内容。 1.2本书的构成 本书前两章将研究执行器。·一般的执行器,有电磁执行器油压执行器 和气压执行器等。书中将介绍这些执行器的力的产生方法,同时还将介绍 些新型的执行器
1.3规划和控制 在第3章中将研究有关传感器的问题,介绍传感器的种类和使用方法, 并且介绍一些新型的传感器 在第4章中,将介绍电动机的控制方法,这种电动机在执行器中获得了 广泛应用。此外,本章还要实现对直流电动机和感应电动机的位置和速度 控制。 在第5章中,将应用控制理论,对带有机械系统的电动机,进行定量的 分析研究。这里将会用到拉普拉斯变换、传递函数以及方框图等,建议读者 参考阅读本系列中的《系统与控制》一书。 第6章介绍机器人的前端位置和姿态,与各关节变位量相关的座标变 换。读者应具备矩阵应用方面的知识 第7章介绍由关节和连杆构成的机器人的特有控制方法。 机器人必须邋守的规则 阿西莫夫机器人工程学三原则: 第1条原则机器人不应对人类造成危害。另外即使因人们的硫忽而造成的危险,也 不能对人们产生有害的影响。 第2条原则机器人必须服从人们发出的命令。但是,当人们发出的命令与第1条原则 相违背时,不再受该条源则制 第3条原则在不担心违反上述第1条原购和第2条原则的情况下,机器人必须韶自我 保护。 (福岛正美译 1.3规划和控制 在用机器人完成某项作业时,必须确定在作业空间中,机器人手指的三 维位置和姿态。而且这种位置和姿态,出与机器人的关节柑连接的多部电 动机同时旋转来实现。 例如,图1.1中的野母君将球自A点运送至B点时,球从三维空间的A 点移动到B点,这时为了改变手指的姿态,我们来求各个关节的旋转角度
1机器人控制基础 为此,有必要求出各个关节的角度是怎样随 着时问的变化而变化的。在这种情况下,因 为要考球的投掷情况,所以给出了图L.2 所示的肩的关节角变化的目标值曲线 时间r 给出这种目标轨迹后,就可以沿着这条 图1.2肩的关节角的目标轨迹目标轨迹,正确地实施轨迹控制。 当给出机器人的作业时,我们首先应该 制定出规划,然后实施控制以实现这个规划。关于控制,本书在后面还要作 进一步讨论,当今要求机器人进行智能作业的情况日益增多,因此规划工作 也渐渐变得重要起来。 练习题 以人在通常情况下进行作业为例,说明当用机器人进行同栏的作业时,机器人各 种功能的作用
机器人采用 的各种执行器 移动物体这种抆术、是支撑现代社会的最重要 技术。执行器可以说是这种技术的核心,本章将讨 论执行器的工作原坦和特性。 在自然界中,容易观察到的力有静电力、电磁 力、空气和油的压力,以及弹簧的弹力等这样一些具 有代表性的力。在这些力中,能够用到机器人执行 器中的力,有电力和流体压力