开源机器人控制平台LinuxCNC介绍与应用

开源机器人控制平台LinuxCNC介绍

软件平台采用最初由美国标准与技术研究院研制的一套用于机器人与通用数控机床等运动控制的开放式数控系统。原名为EMC2，后来改为LinuxCNC，该系统是一个源代码公开的自由免费软件，该系统最大支持9轴联动控制，内置具有前瞻性的实时轨迹规划器，通过定制运动学模块可支持非笛卡尔空间的运动控制，支持的结构包括机器人关节控制和六轴连杆昆虫机器人控制等。具有较高的科研价值和实际应用价值。

具备以下特点：

1）LinuxCNC支持最多9轴运动控制，内置具有前瞻性的实时轨迹规划器，可实现轨迹误差限制、轴同步运动控制、自适应进给率控制等功能；

2）提供一个适用于RS-274机床编程语言的G代码解析器，使得机床编程通俗易用，降低了推广应用难度；

3）提供了用于模块化自由配置的HAL层，实现控制系统自由定制与功能灵活扩展；

4）通过定制运动学模块可支持非笛卡尔空间的运动控制。

5）支持多种人机交互图形界面。包括Tcl/Tk、Python实现的Tkinter等。

LinuxCNC是一款构建于实时Linux操作系统之上的纯软件数控系统，具有设计便捷、灵活、易扩展等优点。用户针对特定的数控系统应用要求，定制相应的配置文件、HAL模块连接以及操作界面即可完成机床控制系统的开发。

鉴于多年使用linuxcnc系统经验，觉得linuxcnc系统具有很大的发展前景，不单单得益于上述系统自身的优点，关键在于它在不断的向前发展，且发展越来越好。

linuxcnc目前多用在标准机床控制上，如铣床，雕刻机，具有很显著的性价比。

以后还可能大量用在机器人方面，是它发展的一个趋势。

新的LinuxCNC2.6版本支持NURBS功能和前瞻控制：

14.7 G5.1 Quadratic B-spline

G5.1 X- Y- I- J-

? I - X axis offset

? J - Y axis offset

G5.1 creates a quadratic B-spline in the XY plane with the X and Y axis only. The offsets are I for X axis and J for Y axis.

It is an error if:

? I and J offset is not specified

? An axis other than X or Y is specified

? The active plane is not G17

14.8 G5.2 G5.3 NURBs Block

G5.2 X- Y- P-

X- Y- P-

...

G5.3

Warning: G5.2, G5.3 is experimental and not fully tested.

G5.2 is for opening the data block defining a NURBs and G5.3 for closing the data block. In the lines between these two codes

the curve control points are defined with both their related weights (P) and their parameter (L) which determines the order of the

curve (k) and subsequently its degree (k-1).

Using this curve definition the knots of the NURBs curve are not defined by the user they are calculated by the inside algorithm,

in the same way as it happens in a great number of graphic applications, where the curve shape can be modified only acting on

either control points or weights.

LinxuCNC配套的控制卡很难找，目前只有淘宝一家LinuxCNC商家在卖LinuxCNC专用的高速控制卡MotCAT。该控制卡基于工业以太网开发，实际应用起来还不错，脉冲收发速度达到4MHz，比国外的mesa卡要快很多，成本其实也相差不大。LinuxCNC系统总体成本非常低廉，工控机700块钱左右能搞定，因此用到非标设备上也是十分适合的。

利用开源硬件设计抓取机器人

利用开源硬件设计抓取机器人 发表时间：2019-03-26T15:53:46.253Z 来源：《基层建设》2018年第35期作者：陈奇1 陆必云2 [导读] 摘要：抓取机器人在工业生产中成为替代人们开展复杂和危险作业的工具,它能完成简单的传递物料工作,提高生产质量,保证了产品的效率。 1江阴市富仁电力设备安装有限公司；2江阴兴澄特种钢铁有限公司摘要：抓取机器人在工业生产中成为替代人们开展复杂和危险作业的工具,它能完成简单的传递物料工作,提高生产质量,保证了产品的效率。本文就对抓取机器人的组装和工作原理作详细的描述，本文抓取机器人是基于Arduino平台的设计的，近年来开源硬件Arduino设计平台开发了大量消防机器人、智能家电等一些产品。 关键字：抓取机器人；Arduino；开源硬件 1 前言 Arduino是一款非常便捷开发板，并且是开放源程序代码和电路图的电子开发板。硬件使用的是Arduino Uno板，编译程序的软件是Arduino IDE，由意大利和西班牙的设计师首先提出。Arduino的设计主要包含两各部分：硬件部分电路主要使用的是Arduino板，软件编辑Arduino IDE，是由计算机提供。 Arduino的功能强大的原由是因为它可以通过传感器来感知环境,可以有温感,光感,湿感等一些传感器的所测数据来反馈到Arduino板上。通过这些反馈的数据板子就会根据你所需要和设置的数据来执行下一步设计的动作,控制器可以根据你所书写的程序数据来设置，以二进制文件编译，烧写进进微控制器。Arduino的编程是以Arduino的编程语言和电脑中的开发环境所提供的。总而言之,Arduino的使用难度相比单片机程序的设计降低了太多,程序简单易懂,也没有PLC那么高昂的价格，充分满足我们的试验需求和经济能力。 2 抓取机器人总体方案 2.1抓取机器人功能 六舵机自由度抓取机器人,能简单的模仿人手臂的一些动作。做一些简单的动作演示，它的动力由六个伺服舵机组成，可以实现抓取机器人的前后上下及左右抓取搬运的演示。具体动作解析如下，用手部(舵机一)抓持工作的部件，手腕(舵机二)用来旋转调整手部和被抓物体距离的调整,肘部(舵机三,四,五,)用来抬起物品,为下一步的移动做出铺垫，肩部(舵机六)用来移动物。动作覆盖地域要全面,在一定的范围能没有死角。动作指令可更改性,可以根据工作的需要,随时改变动作。程序简单化，不需要有太多程序指令，这样很不容易掌握，出现故障难以排除，动作指令不好更改。经济实用性，价格不能太贵，不管以后工作还是实验，成本节约一般都是首要条件。需要有多种控制方法，不能控制方法单一，出现困难的控制环境难以改变便，比如工作在室内，电脑就可以控制，不需要远程控制，可是在复杂的工作环境，人不可以长时间滞留的工作环境，这时候就需要改变控制方式，用远程来控制。 2.2控制模块和舵机 自由度抓取机器人的控制模块相当于电脑的主机，它是抓取机器人的核心关键，我们选用硬件体积小、价格便宜的Arduino。 本设计的抓取机器人需要用到六个舵机，本次设计不需要非常的高灵敏度和举起物品的重量，所以选择四个MG996型号的模拟舵机和两个DS3115型号的数字舵机，这样搭配着使用，既能可以相对提高抓取机器人的灵敏度，也可以降低价格成本，做上下左右的移动物品的动作。 2.3总体方案设计 控制模块选用简单易懂的Arduino模块和32路舵机控制板,这样既方便抓取机器人的制作,还方便对程序的理解。硬件模块选择DS3115和Mg996两款铁质材料的舵机，抓取机器人的机身，选择铁破质机身，这样方便后期的展示和制作。根据构思好的结构图制作硬件电路， 3 抓取机器人硬件设计 3.1 Arduino开发板 本项目选用Arduino UNO开发板，Arduino的核心芯片是AVR指令集的单片机(ATmega328)。Arduino的控制器最好的地方就是开放源程序代码和原始的电路设计,可以修改，也可以下载。可以电脑直接usb供电也可外部供应电源。支持在线烧写程序,可以直接通过USB更新程序。 3.2JOYSTICK手柄 手柄是我们本项目中必不可少的实现设备，它可以无线异地接收，不过仅限距离内控制抓取机器人。确保在危险施工现场人们可以不到现场并有目的的运用抓取机器人工作,确保工作人员的安全和提供必要的工作效率。手柄的使用和控制系统之间必须建立通信功能,在和控制系统实现通讯之前,必须要先通过Arduino和电脑之间实现通讯调试。因为本设计实现通讯的地方比较多，0、1通讯口下面要和32路舵机控制板实现通讯，所以这里不用这两个通讯口，Arduino的通讯口还有11、12、13、14，为了设计更好的进行定义了13、14口为通讯口，Arduino和手柄的通讯口对反连接,因为两个通讯之间的通讯是一个发送,另一个接收,所以通讯口要对反连接。 3.3舵机控制板 舵机控制板，它有32个通道。舵机控制板接线柱一和接线柱三为舵机供电控制（4-7V）,接线柱二为控制部分供电（7-12V），主芯片为单片机，单片机上端的四个插口是通讯口（TXD、RXD、GND、VCC），驱动分辨率为1us/秒，0.09度/秒。本设计通讯的波特率为9600。舵机控制板主要负责给舵机脉宽让舵机转动，以及与Arduino之间互相通讯来给舵机脉宽和选择通道来使多个舵机达到控制的目的。 实现32路舵机控制板的控制,需要和本设计的核心控件相连,两块板子上都有通讯口,需要对反相接,信号的传递是相互的,一个发送一个接收,32路舵机控制板的驱动电源为5V,这个电源刚好可以由Arduino来提供,节省试验资源。 3.4抓取机器人系统 抓取机器人的信号发送系统为JOYSTICK手柄, Arduino为控制系统,主要是负责接收JOYSTICK手柄发送过来的信息，来处理相应的数据，在根据这些数据作出反应，舵机控制板则是等Arduuino的信息，收到Arduino的信息后根据Arduino的给的数据选择通道给舵机信号，让舵机自此转动，因为舵机里有电位器，只要舵机里的电机一但转动，电机的轴就会带动电位器的轴转动，这样电位器的阻值就会改变，根据变化的阻值，就可以知道舵机是否转动到指定的位置。 4 总结

机器人控制系统组成、分类及要求

机器人控制系统 一、工业机器人控制系统应具有的特点 工业机器人控制系统的主要任务是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等项。其中有些项目的控制是非常复杂的，这就决定了工业机器人的控制系统应具有以下特点： （1）工业机器人的控制与其机构运动学和动力学有着密不可分的关系，因而要使工业机器人的臂、腕及末端执行器等部位在空间具有准确无误的位姿，就必须在不同的坐标系中描述它们，并且随着基准坐标系的不同而要做适当的坐标变换，同时要经常求解运动学和动力学问题。 （2）描述工业机器人状态和运动的数学模型是一个非线性模型，随着工业机器人的运动及环境而改变。又因为工业机器人往往具有多个自由度，所以引起其运动变化的变量不止个，而且各个变量之间般都存在耦合问题。这就使得工业机器人的控制系统不仅是一个非线性系统，而且是一个多变量系统。 （3）对工业机器人的任一位姿都可以通过不同的方式和路径达到，因而工业机器人的控制系统还必须解决优化的问题。 二、对机器人控制系统的一般要求 机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下： ?记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。 ?示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。 ?与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。?坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 ?人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。 ?传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。 ?位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。?故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障

浅谈机器人智能控制研究.答案

陕西科技大学 2015 级研究生课程考试答题纸 考试科目机械制造与装配自动化 专业机械工程 学号1505048 考生姓名乔旭光 考生类别专业学位硕士

浅谈机器人智能控制研究 摘要：以介绍机器人控制技术的发展及机器人智能控制的现状为基础,叙述了模糊控制和人工神经网络控制在机器人中智能控制的方法。讨论了机器人智能控制中的模糊控制和变结构控制,神经网络控制和变结构控制,以及模糊控制和神经网络控制等几种智能控制技术的融合。并对模糊控制和神经网络控制等方法中的局限性作出了说明。 关键词:机器人；智能控制；模糊控制；人工神经网络 1 智能控制的主要方法 随着信息技术的发展，许多新方法和技术进入工程化、产品化阶段，这对自动控制技术提出崭新的挑战，促进了智能理论在控制技术中的应用，以解决用传统的方法难以解决的复杂系统的控制问题。 智能控制技术的主要方法有模糊控制、基于知识的专家控制、神经网络控制和集成智能控制等,以及常用优化算法有:遗传算法、蚁群算法、免疫算法等。1.1 模糊控制 模糊控制以模糊集合、模糊语言变量、模糊推理为其理论基础,以先验知识和专家经验作为控制规则。其基本思想是用机器模拟人对系统的控制,就是在被控对象的模糊模型的基础上运用模糊控制器近似推理等手段,实现系统控制。在实现模糊控制时主要考虑模糊变量的隶属度函数的确定,以及控制规则的制定二者缺一不可。 1.2 专家控制 专家控制是将专家系统的理论技术与控制理论技术相结合,仿效专家的经验,实现对系统控制的一种智能控制。主体由知识库和推理机构组成,通过对知识的获取与组织,按某种策略适时选用恰当的规则进行推理,以实现对控制对象的控制。专家控制可以灵活地选取控制率,灵活性高;可通过调整控制器的参数,适应对象特性及环境的变化,适应性好;通过专家规则,系统可以在非线性、大偏差的情况下可靠地工作,鲁棒性强。 1.3 神经网络控制 神经网络模拟人脑神经元的活动,利用神经元之间的联结与权值的分布来表

2018泰雅普积木式开源机器人

2018泰雅普积木式开源机器人 “室内导航挑战赛”竞赛规则/计分表 一、竞赛任务 比赛中，机器人从起点出发，完成倒车入库的任务后找到事先放置在圆形任务区的魔方，将魔方运送到正方形任务区的魔方放置点，之后小车回到到达区。 二、竞赛细则 1、比赛时间和计分方法 每个选手有两轮比赛机会，单轮比赛时间为2分钟。单轮的比赛分=完成任务的分数+时间加成分数。竞赛成绩统计时，取两轮的最好成绩为最终比赛成绩。 2、选手/队伍顺序 单轮比赛中，上一个选手开始比赛时，会通知下一个选手上场准备。在规定时间内（裁判通知后的1分钟内）没有准备好的机器人的队伍将丧失本轮比赛机会，但不影响另一轮的比赛。 3、赛前搭建与调试 参赛队伍机器人可预先搭建和编程，比赛前一天有2小时编程调试时间。每轮比赛开始前，机器人由裁判封存，参赛队员未经允许不得再接触机器人，否则将被取消参赛资格。 4、场地 比赛场地采用彩色写真布，有效尺寸1800mm*1100mm。 从场地上的起点区域出发，各个任务区之间无任何轨迹线引导。 下图是场地图形（该图仅供2017年泰雅普积木式机器人室内导航挑战赛示例参考用，实际场地以泰雅普官方提供或购买为准）：

图1.竞赛场地示意图 5、机器人规格和材料标准 （1）尺寸：机器人在起点区的最大尺寸为25cm×20cm×15cm（长×宽×高），离开出发区后，机器人的机构可以自行伸展，但必需确保通过终点区时的尺寸不大于25cm×20cm×15cm（长×宽×高）。 （2）控制器：每台机器人只允许使用一个控制器 （3）电机：机器人使用的直流电机或舵机数量不超过4个（包含4个）。 （4）传感器：机器人禁止使用带危险性传感器，如激光类传感器。相同类型的传感器数量不超过3个（包含3个）。 （5）电源：每台机器人电源类型不限，但电源输出电压不能超过10V。 三、竞赛任务 1、竞赛任务设置 小学组和中学组任务相同。 2、竞赛中每轮比赛终止说明 （1）机器人到达终点区域，该轮比赛结束； （2）竞赛中机器人脱离场地约束区，该轮比赛结束；

机器人控制技术论文

摘要 为使机器人完成各种任务和动作所执行的各种控制手段。作为计算机系统中的关键技术，计算机控制技术包括范围十分广泛，从机器人智能、任务描述到运动控制和伺服控制等技术。既包括实现控制所需的各种硬件系统，又包括各种软件系统。最早的机器人采用顺序控制方式，随着计算机的发展，机器人采用计算机系统来综合实现机电装置的功能，并采用示教再现的控制方式。随着信息技术和控制技术的发展，以及机器人应用范围的扩大，机器人控制技术正朝着智能化的方向发展，出现了离线编程、任务级语言、多传感器信息融合、智能行为控制等新技术。多种技术的发展将促进智能机器人的实现。 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti 和Td）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 关键词：机器人，机器人控制，PID，自动控制

目录 摘要.......................................................... I 第1章绪论................................................ - 1 - 1.1机器人控制系统 (1) 1.2机器人控制的关键技术 (1) 第2章机器人PID控制...................................... - 2 - 2.1PID控制器的组成 (2) 2.2PID控制器的研究现状 (2) 2.3PID控制器的不足 (3) 第3章 PID控制的原理和特点 ................................ - 4 - 3.1PID控制的原理 (4) 3.2PID控制的特点 (5) 第4章 PID控制器的参数整定 ................................ - 5 -后记...................................................... - 6 -

工业机器人控制系统组成及典型结构

工业机器人控制系统组成及典型结构 一、工业机器人控制系统所要达到的功能机器人控制系统是机器人的重要组成部分，用于对操作机的控制，以完成特定的工作任务，其基本功能如下： 1、记忆功能：存储作业顺序、运动路径、运动方式、运动速度和与生产工艺有关的信息。 2、示教功能：离线编程，在线示教，间接示教。在线示教包括示教盒和导引示教两种。 3、与外围设备联系功能：输入和输出接口、通信接口、网络接口、同步接口。 4、坐标设置功能：有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。 5、人机接口：示教盒、操作面板、显示屏。 6、传感器接口：位置检测、视觉、触觉、力觉等。 7、位置伺服功能：机器人多轴联动、运动控制、速度和加速度控制、动态补偿等。 8、故障诊断安全保护功能：运行时系统状态监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断。 二、工业机器人控制系统的组成 1、控制计算机：控制系统的调度指挥机构。一般为微型机、微处理器有32 位、64 位等如奔腾系列CPU 以及其他类型CPU 。 2、示教盒：示教机器人的工作轨迹和参数设定，以及所有人机交互操作，拥有自己独立的 CPU 以及存储单元，与主计算机之间以串行通信方式实现信息交互。 3、操作面板：由各种操作按键、状态指示灯构成，只完成基本功能操作。 4、硬盘和软盘存储存：储机器人工作程序的外围存储器。 5、数字和模拟量输入输出：各种状态和控制命令的输入或输出。 6、打印机接口：记录需要输出的各种信息。 7、传感器接口：用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。 8、轴控制器：完成机器人各关节位置、速度和加速度控制。 9、辅助设备控制：用于和机器人配合的辅助设备控制，如手爪变位器等。 10 、通信接口：实现机器人和其他设备的信息交换，一般有串行接口、并行接口等。 11 、网络接口 1) Ethernet 接口：可通过以太网实现数台或单台机器人的直接PC 通信，数据传输速率高达 10Mbit/s ，可直接在PC 上用windows 库函数进行应用程序编程之后，支持TCP/IP 通信协议，通过Ethernet 接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。

智能机器人控制系统

机器人的控制 机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。 智能机器人控制的关键技术 关键技术包括： (1)开放性模块化的控制系统体系结构：采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器(RC)，运动控制器(MC)，光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器(RC)和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通讯。机器人控制器(RC)的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。 (2)模块化层次化的控制器软件系统：软件系统建立在基于开源的实时多任务操作系统Linux上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求，对应不同层次的开发，系统中各个层次内部由若干个功能相对对立的模块组成，这些功能模块相互协作共同实现该层次所提供的功能。 (3)机器人的故障诊断与安全维护技术：通过各种信息，对机器人故障进行诊断，并进行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。 (4)网络化机器人控制器技术：目前机器人的应用工程由单台机器人工作站

向机器人生产线发展，机器人控制器的联网技术变得越来越重要。控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能。可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯，便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。 PID控制原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入积分项。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制

工业机器人的概念与典型应用(完整资料).doc

【最新整理，下载后即可编辑】 1.1 工业机器人的定义及特点 1.2 工业机器人的分类 关于工业机器人的分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载重量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。下面依据几个有代表性的分类方法列举机器人的分类。 1.按工业机器人结构坐标系统特点方式分类 按结构坐标系统特点方式分，机器人可分为直角坐标型机器人、圆柱坐标型机器人、极坐标型（球面坐标型）机器人、关节坐标机器人、SCARA型水平关节机器人等五类。 2.按工业机器人执行机构的控制方式分类 （1）点位控制方式机器人 控制时只要求工业机器人快速准确地实现相邻各点之间的运动，而对达到目标点的运动轨迹不做任何规定。 （2）连续轨迹控制型机器人 控制时要求工业机器人严格按照预定的轨迹和速度在一定的精度范围内运动，并且速度可控，轨迹光滑，运动平稳。 （3）力（力矩）控制型机器人 在完成装配、抓放物体等工作时，除要准确定位之外，还要求使用适度的力或力矩进行工作。 （4）智能控制型机器人 机器人的智能控制是通过传感器获得周围环境的信息，并根据自身内部的知识库做出相应的决策的控制方式。 3.按程序输入方式分类 按程序输入方式可分为离线输入型和示教输入型两类。 （1）离线输入型机器人是将计算机上已编号的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制系统。

食品、饮料包装；搬运；真空包装塑料、轮胎上下料；去毛边 冶金、钢铁钢、合金锭搬运；码垛；铸件去毛刺；浇口切割 家电、家具装配；搬运；打磨；抛光；喷漆；玻璃制品切割、雕刻 海洋勘探深水勘探；海底维修；建造 航空航天空间站检修；飞行器修复；资料收集 军事防爆；排雷；兵器搬运；放射性检测 焊接机器人技术的新发展 将激光用于焊接机器人是激光焊接的一种重要形式。焊接机器人具有多自由度、编程灵活、自动化程度高、柔性程度高等特点，是焊接生产线的重要组成部分。将激光器安装在焊接机器人上进行焊接，大大提高了焊接机器人的焊接质量和适用范围，在船板、汽车生产线中激光焊接机器人具有越来越重要的地位。图1所示为CO 2 激光焊接机器人。

《机器人控制的实际应用》思考题与习题

哈工大机电工程学院硕士研究生课程《机器人控制的实际应用》
课程学习指导、思考题与习题
哈工大机电工程学院机械设计系仿生仿人机器人及其智能运动控制研究室 教授、博导 吴伟国 编写 2009 年 9 月
第一部分：学习指导
第一章 绪论——机器人操作臂理论与技术基础概述
一、教学目的和教学要求
通过本章学习， 重点掌握本课程研究的工业机器人操作臂在目前机器人技术 发展概况、 本课程所讲述的工业机器人操作臂所处的应用技术较成熟的第 2 代机 器人位置、机器人操作臂的机构构成、机器人控制所需的基本方法概述、本课程 内容的构成。
二、教学内容和重点知识解析
主要讲授：机器人操作臂理论与技术基础概述 重点知识解析： 1、机器人操作臂的发展现状综述； 2、机器人操作臂的基本构成； 3、机器人操作臂的基本控制方法（本课程内容的构成）
第二章
机器人操作臂运动学
一、教学目的和教学要求
通过本章学习，重点掌握机器人操作臂机构的构成、位置表示、坐标变换、 正运动学和逆运动学等机器人操作臂控制所需的基础知识， 从而通过本章学习达 到将机器人操作臂末端操作器运动与各关节运动之间的关系上升到位置表示、 数 学关系表达、求解方法的理论程度，为实际的编程做好理论准备。要求学员具备 矢量、矩阵等线性代数基础、机械原理有关机构、运动副、自由度等基本概念和 基础知识。
二、教学内容和重点知识解析
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主要讲授：机器人操作臂运动学的基本概念、分析方法、逆运动学求解方法 重点知识解析： 1、机器人机构与位置、姿态表示：关节、自由度、机构、末端操作器位姿； 2、坐标系的表示和坐标变换：各种坐标系表示、回转/平移/齐次变换矩阵、 D-H 参数法及关节坐标系建立； 3、正运动学：什么是正运动学（或运动学正问题）？矩阵齐次变换法、解 析法、实例； 4、逆运动学；何谓逆运动学（或运动学逆问题）？几何法、矩阵齐次变换 法、实例等。
第三章
机器人操作臂动力学
一、教学目的和教学要求
通过本章学习，重点掌握机器人动力学研究的意义和必要性、用拉格朗日方 程推导机器人操作臂的运动方程式、机器人操作臂动力学的牛顿-欧拉法等主要 内容，为设计基于模型的控制器做好理论准备。
二、教学内容和重点知识解析
主要讲授：机器人操作臂运动方程式建立、各参数物理意义及不确定性参数 重点知识解析： 1、何谓动力学？为什么要研究机器人操作臂动力学？ 2、拉格朗日方程法及运动方程式； 3、用拉格朗日法推导运动方程式的两个实例； 4、牛顿—欧拉法简介及两种方法比较。
第四章
机器人操作臂参数识别
一、教学目的和教学要求
通过本章学习，重点掌握机器人操作臂参数识别的必要性、原理与方法，为 建立实际工业机器人操作臂（所谓“实际”指的是已经制造成为样机实体或购买 到的机器人操作臂产品） 较为准确的动力学模型做好获得各项物理参数的准备工 作。
二、教学内容和重点知识解析
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机器人控制器的现状及展望

第21卷第1期1999年1月 机器人　ROBOT V ol.21,No.1 　J a n.,1999机器人控制器的现状及展望⒇ 范　永　谭　民 (中国科学院自动化研究所　北京　100080) 摘　要　机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一,它从一定程度上影响着机器人的发展.本文介绍了目前机器人控制器的现状,分析了它们各自的优点和不足,探讨了机器人控制器的发展方向和要着重解决的问题. 关键词　机器人控制器,开放式结构,模块化 1　引言 从世界上第一台遥控机械手的诞生至今已有50年了,在这短短的几年里,伴随着计算机、自动控制理论的发展和工业生产的需要及相关技术的进步,机器人的发展已经历了3代[1]: (1)可编程的示教再现型机器人;(2)基于传感器控制具有一定自主能力的机器人;(3)智能机器人.作为机器人的核心部分,机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一.它从一定程度上影响着机器人的发展.目前,由于人工智能、计算机科学、传感器技术及其它相关学科的长足进步,使得机器人的研究在高水平上进行,同时也为机器人控制器的性能提出更高的要求. 对于不同类型的机器人,如有腿的步行机器人与关节型工业机器人,控制系统的综合方法有较大差别,控制器的设计方案也不一样.本文仅讨论工业机器人控制器问题. 2　机器人控制器类型 机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务的装置,它是机器人的心脏,决定了机器人性能的优劣. 从机器人控制算法的处理方式来看,可分为串行、并行两种结构类型. 2.1　串行处理结构 所谓的串行处理结构是指机器人的控制算法是由串行机来处理.对于这种类型的控制器,从计算机结构、控制方式来划分,又可分为以下几种[2]. (1)单CPU结构、集中控制方式 用一台功能较强的计算机实现全部控制功能.在早期的机器人中,如Hero-I,Robo t-I等,就采用这种结构,但控制过程中需要许多计算(如坐标变换),因此这种控制结构速度较慢. (2)二级CPU结构、主从式控制方式 一级CPU为主机,担当系统管理、机器人语言编译和人机接口功能,同时也利用它的运算能力完成坐标变换、轨迹插补,并定时地把运算结果作为关节运动的增量送到公用内存,供二级CPU读取;二级CPU完成全部关节位置数字控制.这类系统的两个C PU总线之间基本没有联系,仅通过公用内存交换数据,是一个松耦合的关系.对采用更多的CPU进一步分散 ⒇1998-09-03收稿 DOI:10.13973/https://www.wendangku.net/doc/a06731288.html, k i.rob ot.1999.01.014

智能机器人的控制技术前景分析

智能机器人的控制技术前景分析 随着科学技术的发展，机器人控制技术也日渐成熟，不仅在力矩和位置控制等基础技术上有所进步，在智能化控制上也有显著提高。可是机器人基础控制技术尽管比较完善，但是想要得到进一步提升却有很大难度，因此，智能化发展成为了机器人控制技术的研发方向，该技术上突破会给基础控制技术的发展带来契机，本文重在研究机器人控制技术的发展方向及难度，希望本文内容能对机器人控制技术的研究带来帮助。 机器人技术一直是国内外科学家重点研究的课题，尤其是美国、日本等发达国家更是机器人研究能力较强的国家，他们对机器人的研究工作有近60年了，而且实现了编程机器人向智能化机器人的发展。他们经过多年研究总结，把机器人控制技术分为三大部分，分别是力矩技术、位置技术和智能技术，其中，力矩技术和位置技术是基础，智能技术是研究的发展方向，所以说，前者是基础技术，后者是重点技术，两者都要快速地向前发展。 1.机器人基础控制技术的重要性及所面临的技术难题 力矩技术和位置技术是机器人控制技术的基础，智能化技术是在这两种技术的基础上进行发展的，所以说，我们要想实现机器人智能化发展，就要先认识到力矩技术和位置技术的作用，了解到两种基础控制技术的重要性。 以前，在机器人基础控制技术中的研究重点是速度、位置和受力等要素，而随着科学技术的发展，控制技术又需要研究各种实用的系统技术，从而保证机器人基础控制技术更加完善。可以这样说，在当今时代，机器人基础控制技术已经达到了一定的水平，这给机器人控制技术的发展打下了坚实的基础，但是，对于作为基础技术中的力矩技术和位置技术来说，要想实现突破，却要依赖智能化技术的发展，因此，位置技术、力矩技术、智能技术三者是紧密联系和相互制约的，位置技术和力矩技术为机器人控制技术智能化发展打下了基础，智能化技术又为机器人基础控制技术的突破带来了机会。下面，我介绍一下机器人控制基础技术所面临的难题。 第一，机器人基础技术研发中存在技术难题。机器人系统设置和实际运动出现不一致问题，这个问题一直难以解决，这对位置技术和力矩技术来说是一个大的挑战。第二，数据模型不能解决机器人运动中的复杂问题。机器人在实际运行中遇到复杂问题时，数据模型就出现工作不正常现象，还有一些难以预见的问题，更是机器人控制基础技术难以解决的。第三，机器人基础控制技术系统不够完善。由于机器人基础控制技术都是建立在数字模型基础上的，该数字模型只是简单的力矩控制系统，根本不能完成复杂的指令，因此，机器人为了提高系统的性能，就需要增加设备来实现，这对基础控制系统来说难度很大。第四，机器人基础控制技术不能解决不确定对象的有关问题。机器人运行中会遇见很多不确定因素，由于这些不确定因素没有建立数字模型，因此，这些问题就难以靠基础控制技术来解决。所以说，机器人性能要想得到提高，光靠基础控制技术是难以实现的，

工业机器人的发展与应用

学校：中南大学 学院：机电工程学院 专业班级：机械0701班姓名：丁云 学号：

工业机器人的发展与应用 随着计算机技术的不断向智能化方向发展，机器人应用领域的不断扩展和深化，工业机器人已成为一种高新技术产业，为工业自动化发挥了巨大作用，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。文章介绍了工业机器人的国内国外的发展状况和应用趋势，以及带来的经济效益。 一、工业机器人的介绍 工业机器人是机器人的一种，它由操作机．控制器．伺服驱动系统和检测传感器装置构成，是一种仿人操作自动控制，可重复编程，能在三难空间完成各种作业的机电一体化的自动化生产设备，特别适合于多品种，变批量柔性生产。它对稳定和提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件的快速更新换代起着十分重要作用。 二、工业机器人带来的效益 广泛的应用工业机器人，可以逐步改善劳动条件，更强与可控的生产能力，加快产品更新换代。提高生产效率和保证产品质量，消除枯燥无味的工作，节约劳动力，提供更安全的工作环境，降低工人的劳动强度，减少劳动风险，提高机床，减少工艺过程中的工作量及降低停产时间和库存，提高企业竞争力。 三、工业机器人的发展 随着科技的不断进步，工业机器人的发展过程可分为三代，第—代，为示教再现型机器人，它主要由机器手控制器和示教盒组成，可按预先引导动作记录下信息重复再现执行，当前工业中应用最多。第二代为感觉型机器人，如有力觉触觉和视觉等，它具有对某些外界信息进行反馈调整的能力，目前已进入应用阶段。第三代为智能型机器人它具有感知和理解外部环境的能力，在工作环境改变的情况下，也能够成功地完成任务，它尚处于实验研究阶段。 第一、国外工业机器人的的发展

机器人系统常用仿真软件介绍

1 主要介绍以下七种仿真平台(侧重移动机器人仿真而非机械臂等工业机器人仿真)： 1.1 USARSim-Unified System for Automation and Robot Simulation USARSim是一个基于虚拟竞技场引擎设计高保真多机器人环境仿真平台。主要针对地面机器人，可以被用于研究和教学，除此之外，USARSim是RoboCup救援虚拟机器人竞赛和虚拟制造自动化竞赛的基础平台。使用开放动力学引擎ODE(Open Dynamics Engine)，支持三维的渲染和物理模拟，较高可配置性和可扩展性，与Player兼容，采用分层控制系统，开放接口结构模拟功能和工具框架模块。机器人控制可以通过虚拟脚本编程或网络连接使用UDP协议实现。被广泛应用于机器人仿真、训练军队新兵、消防及搜寻和营救任务的研究。机器人和环境可以通过第三方软件进行生成。软件遵循免费GPL条款，多平台支持可以安装并运行在Linux、Windows和MacOS操作系统上。 1.2 Simbad Simbad是基于Java3D的用于科研和教育目的多机器人仿真平台。主要专注于研究人员和编程人员热衷的多机器人系统中人工智能、机器学习和更多通用的人工智能算法一些简单的基本问题。它拥有可编程机器人控制器，可定制环境和自定义配置传感器模块等功能，采用3D虚拟传感技术，支持单或多机器人仿真，提供神经网络和进化算法等工具箱。软件开发容易，开源，基于GNU协议，不支持物理计算，可以运行在任何支持包含Java3D库的Java客户端系统上。 1.3 Webots Webots是一个具备建模、编程和仿真移动机器人开发平台，主要用于地面机器人仿真。用户可以在一个共享的环境中设计多种复杂的异构机器人，可以自定义环境大小，环境中所有物体的属性包括形状、颜色、文字、质量、功能等也都可由用户来进行自由配置，它使用ODE检测物体碰撞和模拟刚性结构的动力学特性，可以精确的模拟物体速度、惯性和摩擦力等物理属性。每个机器人可以装配大量可供选择的仿真传感器和驱动器，机器人的控制器可以通过内部集成化开发环境或者第三方开发环境进行编程，控制器程序可以用C，C++等编写，机器人每个行为都可以在真实世界中测试。支持大量机器人模型如khepera、pioneer2、aibo等，也可以导入自己定义的机器人。全球有超过750个高校和研究中心使用该仿真软件，但需要付费，支持各主流操作系统包括Linux, Windows和MacOS。 1.4 MRDS-Microsoft Robotics Developer Studio MRDS是微软开发的一款基于Windows环境、网络化、基于服务框架结构的机器人控制仿真平台，使用PhysX物理引擎，是目前保真度最高的仿真引擎之一，主要针对学术、爱好者和商业开发，支持大量的机器人软硬件。MRDS是基于实时并发协调同步CCR(Concurrency and Coordination Runtime)和分布式软件服务DSS(Decentralized Software Services)，进行异步并行任务管理并允许多种服务协调管理获得复杂的行为，提供可视化编程语言(VPL)和可视化仿真环境(VSE)。支持主流的商业机器人，主要编程语言为C#，非商业应用免费，但只支持在Windows操作系统下进行开发。 1.5 PSG-Player/Stage/Gazebo

第1节 认识机器人

第1节认识机器人 【教学目标】 1．知识与技能目标 （1）初步认识机器人，了解机器人的定义和基本构成。 （2）理解机械传动的基本知识。 （3）掌握机器人的发展及应用，讨论未来人与机器人的关系。 2．过程与方法 通过相关图片、视频，帮助学生理解和开阔视野并展望未来；通过讨论，引导学生结合实际生活，感受现代机器人的广泛应用及与人类的辩证关系；类比人类，通过小组自学探究，帮助学生掌握机器人的基本构成。 3．情感态度与价值观 感受机器人给我们的生活、学习带来的影响和价值；辩证地认识机器人技术的应用价值，增强社会责任感。 【教学重点】 机器人的基本构成以及广泛应用。 【教学难点】 辨识机器人以及理解齿轮传动这种机械传动方式。 【教学方法】讲演法、任务驱动下的自学探究法、小组讨论法 【课时安排】1课时

计算机控制和可编程，所以不是机器人，例如，一般的遥控玩具汽车可以通过遥控手柄控制运动，但由于没有计算机控制和编程，所以无法完成“走迷宫”等活动。 4、讨论 围绕我国科学家对机器人的定义及机器人定义三要素，观察身边的世界，想一想，你认为哪些机器可以称为机器人，为什么？ （二）机器人的基本构成 1、类比（人类处理信息的过程） 2、自学探究，回答问题： （1）常见的传感器种类有哪些？ （2）什么是“单片机”？ （3）“单片机”的优点及在生活中的广泛应用？ （4）机器人机械传动的主要方式有哪些？（5）“齿轮传动”中，“加速装置”和“减速装置”的区别主要在哪里？ （6）将齿数为10的齿轮与齿数为30的齿轮分别搭建成2个装置，转动手柄时，会发生什么现象？填写下表： （三）机器人的发展方向 师：随着机器人技术的发展，人们开发了各式各样的具有感知、决策、行动和交互能力的机器人。 1、机器人分类 （我国，从应用环境出发） 工业机器人 特种机器人 2、举例 外骨骼机器人；达芬奇手术机器人；（图文资料）Atlas机器人；无人驾驶汽车。（播放相关视频） （四）教学机器人 1、师：了解了这么多有关机器人的知识，相信，很多同学都对机器人学习产生了浓厚的兴趣，那么，对于我们来说，如何学习机器人知识才是较为便捷有效的呢？ ——教学机器人

机器人应用方面论文

机器人应用论文 一、引言 机器人技术作为20世纪人类最伟大的发明之一，自问世以来，就一直备受瞩目。40余年来，有关它的研究取得了长足的进展。各种形态、功能的机器人相继面世，而未来的机器人将是一种能够代替人类在非结构化环境下从事危险、复杂劳动的自动化机器，是集机械学、力学、电子学、生物学、控制论、计算机、人工智能和系统工程等多学科知识于一身的高新技术综合体。正是由于机器人在多方面应用的可能性，才使得机器人在财会方面也是可以取得成就的。本文拟就机器人的现状与发展前景，探讨机器人发展的多方面可能性。 你初印象中的机器人是什么样子的呢？是不是说一个长的像机器人样子的玩意就是机器人呢？其实说起机器人，我们头脑里马上会联想到那些会唱歌跳舞干工作而且有头有手的小东西。其实那只是机器人的狭意理解。人们提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。人们提出来机器人的定义是能够感知环境，能够有学习、情感和对外界一种逻辑判断思维的这种机器。可以说与人类类比的话，机器人的完整意义应该是一种可以代替人进行某种工作的智能程序化及自动化设备 二、机器人的现状与发展 1．工业机器人技术概念 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 2.工业机器人技术发展现状 作为人类２０世纪最伟大的发明之一，机器人在短短的几十年内发生了日新月异的变化。近几年机器人已成为高技术领域内具有代表性的战略目标。机器人技术的出现和发展，不但使传统的工业生产面貌发生根本性变化，而且将对人类社会产生深远的影响。随着社会生产技术的飞速发展，机器人的应用领域不断扩展。从自动化生产线到海洋资源的探索，乃至太空作业等领域，机器人可谓是无处不在。目前机器已经走进人们的生活与工作，机器人已经在很多的领域代替着

湖面清扫智能机器人的控制系统设计说明书

湖面清扫智能机器人的控制系统设计 1、引言 机器人是上个世纪中叶迅速发展起来的高新技术密集的机电一体化产品，它作为人类的新型生产工具，在减轻劳动强度、提高生产率、改变生产模式，把人从危险、恶劣的环境下解放出来等方面，显示出极大的优越性。在发达国家，工业机器人已经得到广泛应用。随着科学技术的发展，机器人的应用范围也日益扩大，遍及工业、国防、宇宙空间、海洋开发、紧急救援、危险及恶劣环境作业、医疗康复等领域。进入21世纪，人们已经越来越切身地感受到机器人深入生产、深入生活、深入社会的坚实步伐。机器人按其智能程度可分为一般机器人和智能机器人。一般机器人是指不具有智能，只具有一般编程能力和操作功能的机器人；智能机器人是具有感知、思维和动作的机器人。所谓感知即指发现、认识和描述外部环境和自身状态的能力，如装配机器人需要在非结构化的环境中认识障碍物并实现避障移动，这依赖于智能机器人的感觉系统，即各种各样的传感器；所谓思维是指机器人自身具有解决问题的能力，比如，装配机器人可以根据设计要求为一部复杂机器找到零件的装配办法及顺序，指挥执行机构，即指挥动作部分完成这部机器的装配；动作是指机器人具有可以完成作业的机构和驱动装置。由此可见，智能机器人是一个复杂的软件、硬件综合体。 机器人的核心是控制系统。机器人的先进性和功能的强弱通常都直接与其控制系统的性能有关。机器人控制是一项跨多学科的综合性技术，涉及自动控制、计算机、传感器、人工智能、电子技术和机械工程等多种学科的内容。 近年来，随着工业和其它服务行业的蓬勃发展，人们在重视其经济效益的同时却往往忽略了他们对环境的污染，人类赖以生存的水资源也不例外。水面污染对人类的水源构成很大的威胁，湖泊尤其是旅游胜地和市内人工湖泊，更是无法逃避漂浮物污染的厄运，举目可见各种日常消费品的包装物在湖面上漂浮。污染的加剧根治水污染。但是，水面污染的治理是一项艰难的长期任务，是全人类必须面对的共同问题。用人工清理水面漂浮物只是权益之计，有些危险水域人无法工作。很多发达国家致力于水面污染治理设备的研究，如石油清理设备，但只是用于大量泄露石油的清理。目前，我国研制的清理水面漂浮物的设备还未见报道，国外研制的也不多，并且价格昂贵，实现的功能也不尽人意。因此，开发一种性