机器人原理及控制技术教学课件

机器人原理及控制技术本课件旨在深入浅出地介绍机器人原理及控制技术，为学习者提供机器人相关知识和技能的入门学习材料。课程目标知识目标掌握机器人学的基本概念、分类、结构和控制原理。技能目标能够运用机器人学原理分析机器人系统，并进行简单的编程和操作。素养目标培养对机器人技术应用的兴趣，并激发创新思维和解决问题的能力。机器人简介机器人是能够自动执行任务的机器，广泛应用于工业生产、医疗保健、服务等领域。机器人的分类与特点工业机器人用于生产线上的自动化操作，如焊接、喷漆、搬运等。服务机器人用于服务行业，如清洁、配送、护理等，以提高效率和生活质量。特种机器人用于特殊环境或任务，如深海探测、太空探索、救援等，以完成人类无法完成的任务。机器人的基本构成1机械结构2驱动系统3控制系统4传感器5执行机构机械臂结构关节类型旋转关节、棱柱关节、球形关节等。自由度指机器人机械臂能够独立运动的轴数，通常为3-6个。工作空间指机械臂能够到达的所有空间位置。驱动器电机提供动力，使机器人运动。液压利用液压油提供动力，适用于大负载、高精度机器人。气动利用压缩空气提供动力，适用于轻负载、快速响应的机器人。执行器1末端执行器安装在机器人末端，用于执行特定任务，例如抓取、焊接、喷漆等。2工具根据任务需求，选择不同的工具，例如夹爪、焊枪、喷枪等。减速器减速器用于降低电机速度，提高输出扭矩，使机器人能够执行精密动作。传感器力传感器用于感知机器人与环境之间的力，例如碰撞、摩擦等。视觉传感器用于感知机器人周围的环境，例如目标识别、路径规划等。位置传感器用于感知机器人关节的位置，例如角度、距离等。控制系统控制系统是机器人的“大脑”，负责接收传感器信息，发出控制指令，使机器人按照预定程序执行任务。机器人坐标系世界坐标系用于描述机器人相对于外部环境的位置。机器人坐标系用于描述机器人自身各关节的位置和姿态。工具坐标系用于描述机器人末端执行器的位置和姿态。正运动学根据关节角度计算机器人末端执行器的位置和姿态，即已知关节变量，求解末端执行器的位置和姿态。逆运动学根据机器人末端执行器的位置和姿态计算关节角度，即已知末端执行器的位置和姿态，求解关节变量。轨迹规划规划机器人从起点到终点之间运动的路径，并控制机器人按照规划的路径进行运动。伺服控制系统伺服控制系统用于精确控制机器人的运动，使机器人能够按照预定轨迹进行运动。PID控制PID控制是一种常用的闭环控制方法，通过调节比例、积分、微分参数来控制系统输出。自适应控制自适应控制能够根据环境变化自动调整控制参数，使机器人能够适应不同的工作环境。模糊控制模糊控制利用模糊逻辑和模糊推理来控制机器人，能够处理不确定性信息。神经网络控制神经网络控制利用神经网络学习控制策略，能够实现复杂控制功能。运动规划运动规划是指在避开障碍物的情况下，规划机器人从起点到终点的路径，并控制机器人按照规划的路径进行运动。力/位控制力/位控制是指同时控制机器人位置和力的控制方法，能够实现柔性接触和精确操作。视觉伺服视觉伺服是指利用视觉传感器反馈信息来控制机器人运动，能够实现更精确的操作和视觉引导。基于力的控制基于力的控制是指根据机器人接触物体时的力信息来控制机器人运动，能够实现精细的操作和安全交互。灵活关节控制灵活关节控制是指利用柔性材料或结构来实现机器人的灵活运动，能够适应复杂环境和完成更精细的任务。机器人编程语言机器人编程语言用于编写机器人程序，控制机器人的动作和行为，常见的编程语言有C++、Python等。机器人应用案例机器人发展趋势1智能化机器人将更加智能，能够自主学习、适应环境、做出决策。2协作化机器人将与人类协同工作，实现人机协作，提高生产效率。3小型化机器人将更加小型化、灵活化，能够进入更狭窄的空间，完成更