自由度是機器人的一個重要技術(shù)指標,它是由機器人的結(jié)構(gòu)決定的,并直接影響到機器人的機動性。
1. 剛體的自由度
物體上任何一點都與坐標軸的正交集合有
關(guān)。物體能夠?qū)ψ鴺讼颠M行d立運動的數(shù)目稱為
自由度(Degree of Freedom,DOF)。物體所能
進行的運動包括(見圖1-3):
沿著坐標軸ox 、oy 和oz 的三個平移運動T₁ 、T₂ 和 T₃;
繞著坐標軸ox 、0y 和oz 的三個旋轉(zhuǎn)運動R₁ 、R2 和R₃。
這意味著物體能夠運用三個平移和三個旋轉(zhuǎn),相對于坐標系進行定向和運動。
一個簡單物體有六個自由度。當兩個物體間確立起某種關(guān)系時,每一物體就對另一物 體失去一些自由度。這種關(guān)系也可以用兩物體間由于建立連接關(guān)系而不能進行的移動或轉(zhuǎn) 動來表示。
2. 機器人的自由度
人們期望機器人能夠以準確的方位把它的末端執(zhí)行裝置或與它連接的工具移動到給定 點。如果機器人的用途是未知的,那么它應(yīng)當具有六個自由度。不過,如果工具本身具有 某種特別結(jié)構(gòu),那么就可能不需要六個自由度。例如,要把一個球放到空間某個給定位 置,有三個自由度就足夠了。
一般情況下,機器人機械手的手臂具有三個自由度,其他的自由度數(shù)為末端執(zhí)行裝置所具有。當要求某一機器人鉆孔時,其鉆頭需要轉(zhuǎn)動。不過,這一轉(zhuǎn)動總是由外部的馬達 帶動的,因此,不把它看作機器人的一個自由度。這同樣適用于機器人的機械手。機械手 的夾手應(yīng)能開閉。不過,也不能把夾手的這個開閉所用的自由度當作機器人的自由度之 一,因為這個自由度只對夾手的操作起作用。這一點是很重要的,需要記住。
機械手是具有傳動執(zhí)行裝置的機械,它由臂、關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行裝置(工具等)構(gòu)成,組合為一個互相連接和互相依賴的運動機構(gòu);機器人接收來自傳感器的信號產(chǎn)生出控制信號去驅(qū)動機器人的各個關(guān)節(jié)
前臺接待機器人的控制系統(tǒng)由“任務(wù)規(guī)劃” “動作規(guī)劃”“軌跡規(guī)劃”和基于模型的 “伺服控制”等多個層次組成,機器人針對各個任務(wù)進行動作分解,實現(xiàn)機器人的一系列動作
伺服電機的轉(zhuǎn)動速度、扭矩、反饋信號頻率和額定電壓等參數(shù)是整個機器人控制系統(tǒng)的決定性因素之一;減速機和減速齒輪降低電機的轉(zhuǎn)動速度,加大輸出扭矩
每個關(guān)節(jié)都是影響智能接待智能接待機器人整體運動狀態(tài)的因子,所以設(shè)計時必須考慮全體的運動特性,并對關(guān)節(jié)的運動范圍和運動速度變化做出約束。
為規(guī)劃智能接待仿人機器人的機構(gòu)設(shè)計需求,計算機器人運動過程中各關(guān)節(jié)所受的力和力矩、分析動力學(xué)穩(wěn)定性和控制規(guī)律,必須建立其動力學(xué)模型
串行控制結(jié)構(gòu)是指機器人的控制算法是由串行計算機來處理;并行處理結(jié)構(gòu)能滿足機器人控制的實時性要求,實現(xiàn)復(fù)雜的計算力矩法、非線性前饋法、自適應(yīng)控制法
運動控制系統(tǒng)由通信模塊、電源模塊、控制模塊和電機驅(qū)動模塊組成;分別驅(qū)動3個全方位輪,實現(xiàn)3軸聯(lián)動;通過閉環(huán)采集到的電機碼盤信息獲得的3個輪子的速度反饋回PC 機
硬件框圖包括一個以TMS320F2812DSP 為核心的DSP 控制板,一塊配套的功率驅(qū)動板和一臺無刷直流電機;功率驅(qū)動部分的硬件電路,主要由前置驅(qū)動芯片和六個功率MOSEFET 管組成
用來檢測機器人的加速度,括身體的加速度和各關(guān)節(jié)角加速度,有時候也作為抑制各關(guān)節(jié)機械振動而檢測;根據(jù)原理可分為應(yīng)變式、壓電式和MEMS 技術(shù)等
檢測機器人運動速度,包括身體移動速度和各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動速度等;一般可分為直流式和交流式兩種,直流式測速機的勵磁方式可分為他勵式和永磁式兩種,有帶槽的、空心的、盤式印刷電路等形式
用于機器人運動關(guān)節(jié)的零位和極限位置的檢測,零位是機器人關(guān)節(jié)運動開始時的位置,零位檢測精度直接影響機器人運動的精確度;位移傳感器一般都安裝在機器人的關(guān)節(jié)上,用來檢測機器人各關(guān)節(jié)的位移量
大部分輪子是由可變形材料(如橡膠)制成,所以相互作用是接觸面;,假設(shè)全方位移動機器人重心不高,因此當機器人加速運動時由重心偏高產(chǎn)生的各輪對地壓力的變化忽略不計