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基于嵌入式系统的移动机器人控制设计

基于嵌入式系统的移动机器人控制设计
基于嵌入式系统的移动机器人控制设计

基于嵌入式系统的移动机器人控制设计

【摘要】本文详细的分析了机器人的研究趋势,和嵌入式技术。针对嵌入式在移动机器人上的应用,进行了嵌入式设计。以帮助大家认识和了解嵌入式在移动机器人中应用的先进性和实用性。

【关键词】ARM嵌入式;移动机器人

引言

移动机器人,是一个、动态决策和规划、行为的控制、集环境的感知和执行等多功能在于一体的综合系统。它是集中了ARM嵌入式、单片机、计算机工程、自动化控制工程多学科的研究成果,它代表了机电一体化的最高地位,是在目前科学的技术发展中最值得开发的一项技术。

随着各种机器人的性能在不断地完善,移动机器人的应用范围的到了很大的扩展,不仅在工农业、医学治疗、服务等各行各业中获得了广泛的使用,另外在城市的安全、国家防御和空间探测领域等危险场合发挥了很好的作用。所以,移动机器人技术已经获得了世界各国的普遍关注。

一、机器人的研究方向和ARM

传感器、自动控制以及遥控操作器的移动载体组成的机器人系统。移动机器人具有自由移动功能,在代替人从事特别危险的、恶劣的(如高压、缺氧等)环境下工作和人所不能够涉及到的(如宇宙空间等)环境作业方面,比一般机器人更加的机动和灵活。

移动机器人是一种在复杂环境下工作的,具有自行组织、自主运行、自主规划的智能机器人,融合了计算机技术、信息技术、通信技术、微电子技术和机器人技术等。

嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”(原文为devices used to control,monitor,or assist the operation of equipment,machinery or plants)。主要特点为耗电少功能强、16位/32位双指令集和众多合作伙伴。主要应用于工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品。

二、硬件设计

机器人移动机构应用的是三轮的结构(一个驱动轮加两个随动车轮)。驱动轮采用的是13VDC伺服电机,随动轮直径为15cm,驱动轮直径为12cm。

它的移动机构平面的移动最大速度可以达到1.4米每秒。底盘的形状采用的

移动机器人控制软件的设计与实现

移动机器人控制软件的设计和实现
作者:李晓明 文章来源:https://www.sodocs.net/doc/4a11924856.html, 更新时间:2006-8-9 17:25:55 点击数: 2742
简介:现在做一个移动机器人是很容易的一件事,车体自己可以加工,或买现成的;避障可以用超声阵列;
导航可以用激光测距 LMS;定位可以用电子地图加 LMS 加陀螺仪;然而控制软件却只能自己编写。本文 或许可以给你一些启示。
相关链接 基于 VIA 平台的移动机器人
移动机器人的使用现在非常多,做一个移动机器人似乎也很容易,车体自己可以加工,也可以去 买现成的;避障可以用超声阵列;导航可以用激光测距 LMS;定位可以用电子地图加 LMS 加陀 螺仪;驱动可以用各种电机及配套驱动器或者自己做;通讯可以去买现成的无线通讯模块,可以 是数字的,也有模拟的;大范围定位可以用 GPS 模块,也是现成的;至于什么红外,蓝牙,甚 至计算机视觉都可以去市场上买,但是(然而)为什么做一个移动机器人还是这么难呢?尤其是 对一个新手而言。一个老外说过,硬件是现成的,软件算法杂志里有的是,很多可以在网上当, 但即使是一个博士生也要花费很长的时间完成一个实际可用的移动机器人。为什么?因为机器人 使用的困难在使用软件的设计上。前面那个老外也说过,现在什么都可以在网上当,唯独使用程 序不能。有过自己写移动机器人程序的人可能会理解这段话,当然也仅仅是可能,因为不排除有 很多机器人大拿一上来就可以写出很棒的移动机器人软件。
移动机器人的控制软件开发是和硬件紧密相关的,甚至和机器人的体系结构也密切相关,同样是 移动机器人,有的是用 PC 控制的,有的是用多个嵌入式系统实现的,有的则是多机器人协同工 作的,操作系统有人会用 DOS,有人会用 Windows,有人会用 Linux,有人会用 Embeded Operation System。硬件平台有的用 x86,有的用 ARM 芯片,有的会用 DSP,通讯里面会 有串口,TCP/IP 网络,无线以太网,红外,蓝牙等,甚至驱动机构也不一样,有的是用腿,有

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

全向移动机器人的运动控制

全向移动机器人的运动控制 作者:Xiang Li, Andreas Zell 关键词:移动机器人和自主系统,系统辨识,执行器饱和,路径跟踪控制。 摘要:本文主要关注全向移动机器人的运动控制问题。一种基于逆运动学的新的控制方法提出了输入输出线性化模型。对执行器饱和及驱动器动力学在机器人性能体现方面有重要影响,该控制法考虑到了以上两个方面并保证闭环控制系统的稳定性。这种控制算法常用于真实世界的中型组足球机器人全方位的性能体现。

1.介绍 最近,全方位轮式机器人已在移动机器人应用方面受到关注,因为全方位机器人“有一个满流动的平面,这意味着他们在每一个瞬间都可以移动,并且在任何方向都没有任何调整”。不同于非完整的机器人,例如轮式机器人,在执行之前具有旋转任何所需的翻译速度,全方位机器人具有较高的机动性并被广泛应用在动态环境下的应用,例如在中型的一年一度的足球比赛。 大多数移动机器人的运动控制方法是基于机器人的动态模型或机器人的运动学模型。动态模型直接描述力量施加于车轮和机器人运动之间的关系,以外加电压的每个轮作为输入、以机器人运动的线速度和角加速度作为输出。但动态变化所造成的变化的机器人惯性矩和机械组件的扰动使控制器设计变得较为复杂。假设没有打滑车轮发生时,传感器高精度和地面足够平坦,由于结构的简单,因而运动模型将被广泛应用于机器人的设计行为中。作为输入运动学模型是机器人车轮速度,输出机器人的线速度和角速度,机器人的执行器的动力都快足以忽略,这意味着所需的轮速度可以立即达到。然而,该驱动器的动态极限,甚至降低了机器人在真实的情况中的表现。 另一个重要方面是机器人控制的实践:执行器饱和。因机器人轮子的指挥电机速度是有饱和的界限的,执行器饱和能影响到机器人的性能,甚至使机器人运动变得不稳定。 本文提出了一个全方位的机器人的一种运动控制方法,这种控制方法是基于逆输入输出的线性的运动学模型。它需要不仅考虑到驱动器动力学的识别,但也需要考虑到执行器饱和控制器的设计,并保证闭环控制系统系统稳定性。 本文其余的部分:在2节介绍了运动学模型的一个全方位的中型足球机器人;在3节介绍了路径跟踪与定位跟踪问题基于逆运动学模型的输入输出线性化的解决方法,其中包括执行器饱和分析;4部分介绍了动态识别器及其在控制性能方面的影响;最后的实验结果和结论讨论部分分别在5和6。

移动机器人控制系统的发展方向

移动机器人控制系统的发展方向 摘要随着计算机技术、传感器技术的不断发展,对于机器人领域的发展具有一定的促进作用。而由于移动机器人具有能够自治与移动的特征,在机器人领域处于核心地位。在复杂、危险的环境中,移动机器人所发挥的作用是有目共睹的。对此,对当前国内外较为常见的移动机器人控制系统进行剖析,并在此基础上论述了该领域的未来发展方向。 【关键词】移动机器人控制系统发展方向 移动机器人属于能够自动执行工作任务的机器,不但能够按照事先编译的程序运行,同时人类还可对其指挥。当前主要被运用在生产业、建筑业以及航空航天领域,而该领域的发展情况直接关系到国家综合实力的提升速度,对此加强对移动机器人控制系统的发展情况,以及未来发展方向的研究势在必行。 1 国内外常见的移动机器人控制系统 相对于国内在移动机器人的研究状况,能够看出国外在该领域的研究是较早的,其中具有代表性的有Saphira、TeamBots以及ISR。而在国内方面,代表性的有OSMOR、ZJMR以及Agent。下面,便对较为常用的控制系统进行介绍:

1.1.1 Saphira控制系统 Saphira控制系统是移动机器人领域中最早的系统,是有SRI国际人工智能中心在1990年所研发的,此系统是基于本地感知空间的共享内存与黑板,来实现协调与通信进程。由于Saphira是采用C语言来进行开发的,同时支持Windows 与Unix系统,因此具有文档资料相对完整、系统资源占用少等特征。但是需注意的是,由于Saphira系统在定位方面无法达到当前的实际需求,因此运用是相对较少的。 1.1.2 TeamBots控制系统 本系统是基于Java包与Java应用程序而构建的,经过20余年的发展后,此系统截止到目前已经被运用到多种类型的机器人平台当中。除此之外,在适用的操作系统方面,其中具有代表性的有Windows、MacOS以及Linux等,因此其运用的范围是更加广泛的。 1.1.3 ISR控制系统 ISR是基于行为的控制模式,其中是有任务执行层、反映层以及推理层所构成的,是有CAS研究中心所研发的。其中,任务执行层的作用是执行推理层所传输的指令;反映层其中包含资源、控制器以及行为;推理层的功能是根据用户的指令来对决策进行制定。此外,ISR控制系统仅能够在Linux中进行操作,并且没有公开化使用。

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。

智能移动机器人控制与感知系统

摘要 随着机器人的应用范围的不断拓宽,机器人所面临的工作环境也越来越复杂,往往是未知的、动态的、非结构化的,所以,要在这种环境下实时地完成各种任务,就对机器人的控制提出了新的挑战。 本文的主要工作和创新点包括:对移动机器人的硬件模块进行了分析。详细研究了移动机器人的感知系统,包括超声波传感器和视觉传感器两大模块。移动机器人采用了两款超声波传感器组合使用,用于探测更为全面的障碍物特征信息。通过对基于行为控制技术的论述,设计了一种用于移动机器人完成多目标任务的基于行为控制系统。另外机器人采用了 Sony EVI-D31 PTZ 摄像头,成功地实现了计算机串口控制,大大的扩展了机器人的视觉功能,可以更多的获取外界信息。 关键词:移动机器人、硬件模块、行为控制。

Abstract With the development of applied range, the work condition faced by robot is more complex, which always is unknown, dynamic and unstructured. So the control of robot t o fulfill a mission in real time under this environment has a new challenge. The ma in work and innovative ideas include. The structure of RIRA-Mobile robot is introduced. Furthermore, the driving model and power model are analyzed. The perception system of RIRA-Mobile robot is demonstrated particularly, which includes two models of vision and ultrasonic sensor. RIRA-Mobile robot uses two type s ultrasonic sensors so as to detect the general obstacles’ information. In addition, Sony EVI-D31 PTZ camera is also used, which can de controlled by computer serials that the vision function of robot is extended greatly to get more environment information. Through exploring the behavior-based control technology, a behavior-based control system has been designed for mobile robot fulfilling multiple objective missions. KEYWORDS:mobile robot; hardware modules; behavior control.

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.sodocs.net/doc/4a11924856.html, k i.rob ot.1999.01.014

多移动机器人编队控制

基于Multi-Agent的多机器人编队控制 摘要:多移动机器人协调是当前机器人技术的一个重要发展方向。多移动机器人之间的协调与 合作将大大提高机器人行为的智能化程度,完成由单个机器人难以完成的更加复杂的作业。多 移动机器人协调技术的研究对提高机器人的智能化水平及加快机器人的实用化进程具有重要的 理论研究意义和实用价值。本文结合多智能体技术对多机器人编队控制进行了研究,同时根据 具体的多机器人系统,进行了仿真实验。验证了多智能体技术在机器人编队控制系统中的应用,完成了小规模的编队控制。 关键词:多智能体;多机器人;编队控制;协调控制;模糊控制 Multi-robot Formation Control Based on Multi - Agent Abstract :The problem of multi-robot cooperation and coordination is central to mobile robotics. Cooperation and coordination will improve the intelligent performance of robots and can complete lots of impossible missions for single robot.The research on multi-robot cooperation and coordination is of great academic and applied significance. The multi-robot formation is developed combined with the multi-agent technology in this dissertation, and the simulation is done with the multi-robot system. The application of multi-agent is verified in the multi-robot formation control through a small system adopt the fomation control. Key words: Multi-agent ;Multi-robot ;Formation control;Coordination control;Fuzzy control 1. 国内外机器人系统发展现状 自80年代末以来,基于多智能体系统理论研究多机器人协作受到了普遍的关注,从军事领域到工业与民用领域,从星际探险到海底考察,从比赛到教学,都取得了不同程度的进步。近年来,在IEEE R&A,IROS等著名的国际机器人学术会议上,几乎每次会议都有多智能体协作机器人系统的专题。一些机器人学术刊物出版了有关多智能体机器人的研究专辑。一些研究项目,如ACTRESS,CEBOT,GOFER,SWARM等,已进行了多年[1]。 目前,国内关于群体机器人系统的研究刚刚起步,基本上还处于基础技术的研究阶段,这方面的研究成果报道比较少。中科院沈阳自动化所机器人开放研究实验室是国内研究多机器人技术较早也较全面的科研单位。 (1)CEBOT(Cellular Robotic System) CEBOT是一种自重构机器人系统(Self-Reconfigurable Robotic System),它的研究是受生物细胞结构的启发,将系统中众多的具有相同和不同功能的机器人视为细胞元,这些细胞元可以移动,寻找和组合。 根据任务或环境的变化,细胞元机器人可以自组织成器官化机器人,多个器官化机器人可以进一步自组织,形成更加复杂的机器人系统。细胞结构机器人系统强调是单元体的组合如何根据任务和环境的要求动态重构。因此,系统具有多变的构型,可以具有学习和适应的系统智能(Group Intelligence),并具有分布式的体系结构[3]。 (2)ALLANCE/L-ALLANCE系统

移动机器人控制系统设计

? 197 ? ELECTRONICS WORLD?技术交流 移动机器人控制系统设计 广东工业大学 侯晓磊 随着移动机器人在人们社会生活中的地位不断提高,设计一种 可靠、稳定的机器人控制系统越发的变得重要起来,以NI公司的MyRIO控制器以其安全可靠、编程开发简单而脱颖而出。本文基于上述控制器、L298N电机驱动芯片Labview设计一种移动机器人控制软硬件系统系统,经验证,该系统运行稳定、可靠、高效。 1.前言 新一轮科技革命引发新一轮产业革命。“互联网+制造”构建工业4.0,智能制造成为我国由制造大国向制造强国转变的关键一步,移动机器人作为智能制造中的一个组成部分,作用越发的变得举足轻重。本文给出一种以MyRIO+L298N+Labivew的移动机器人控制系统。 2.IN MyRIO控制器 NI myRIO是NI最新设计的嵌入式系统设计平台。NI myRIO中内含双核ARM Cortex-A9,实时性高,并且还可以便捷定制FPGA I/ O,给开发设计人员提供更好的设计复杂系统的平台。 NI myRIO作为可重配置控制器具有以下重要特点: 易于上手使用:引导性安装和启动界面可使开发人员更快地熟悉操作,协助开发人员快速了解工程概念,完成设计任务。编程设计简单,利用实时应用、内置WiFi等功能,开发人员可以实现远程部署应用,“无线”操控。 板载资源众多:有丰富的数字I/O接口,提供SPI串行外设接口、PWM脉宽调制输出端口、正交编码器输入端口、UART异步收发器端口和I2C总线接口、多个单端模拟输入、差分模拟输入和带参考的模拟输入等可供选择的资源。 另外,NI MyRIO还提供可靠性能较好的控制器保护电路,防止由于意外操作造成控制器不可恢复性损坏,总之,NI MyRIO为开发人员提供了一个编程简易,设计电路方便,不用刻意担心意外操作而影响控制器使用的平台。 3.L298N电机控制芯片 L298N是一种用来驱动电机的集成电路,可以较稳定的输出平稳电流和较强的功率。工作均电流为2A,最高可达4A,最高输出电压为50V,能够带动带有感性元件的负载。控制器可以直接通过输入输出口与电机驱动芯片联接,从而方便控制驱动芯片的输出。如将芯片驱动直流电机时,可以直接与步进电机相联接,通过调节控制器输出实现步进电机的的正反转功能当控制直流电机时,可以通过调节控制芯片的电压信号的极性,PWM波的占空比,从而实现直流电机转速和转向的调节。4.系统硬件部分设计 系统采用MyRIO整体框架,外围增设电机驱动电路、避障驱动电路、里程计电路、液晶显示电路、陀螺仪电路。通过MyRIO主控制发送控制信号驱动移动机器人运动,实时通过外围传感器获取位置信息反馈给主控制 器,然后控制器通过闭环系统调节当前位置以保证对目标位置的追踪。 图1 5.系统软件部分设计 系统软件部分采用经典控制理论的闭环控制系统,将电机、主控制器和外设传感器构成闭环系统,通过调节闭环统的参数,来使 移动机器人以较小偏差追踪按照预定轨迹。 图2 6.结束语 本文介绍了基于NI MyRIO控制器设计移动机器人控制系统,通过仿真和实物测试,能较好的完成对任务的追踪踪。 参考:From Student to Engineer:Preparing Future Innova-tors With the NI LabVIEW RIO Architecture https://www.sodocs.net/doc/4a11924856.html,.2014-04-01;王曙光,袁立行,赵勇.机器人原理与设计.人民邮电出版社,2013 。

基于机器人运动控制系统软件设计

基于机器人运动控制系统软件设计 提供一种移动机器人 实现了基于渡越时间法的超声波测距模块设计, 本文主要完成对主控板控制器软件设计、 电机驱 使开发系统能够服务于移动机器人研究的通用 关键词:机器人;运动控制;软件设计;超声波测距 中途分类号:TP 9文献标识码:B 0引言 随着计算机、网络、机械电子、信息、自动化以及人工智能等技术的飞速发展,移动机 器人的研究进入了一个崭新的阶段。 同时,太空资源、海洋资源的开发与利用为移动机器人 的发展提供了广阔的空间。 目前,智能移动机器人,无人自主车等领域的研究进入了应用的 阶段,随着研究的深入,对移动机器人的自主导航能力, 动态避障策略,避障时间等方面提 出了更高的要求。地面智能机器人路径规划, 是行驶在复杂,动态自然环境中的全自主机器 人系统的重要 环节,而地面智能机器人全地域全自主技术的研究, 是当今国内外学术界面临 的挑战性问题。 智能移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态, 实现在有障碍物的环境中 面向目标自主运动,从而完成一定功能的机器人系统。移动机器人技术研究综合了路径规划、 导航定位、路 径跟踪与运动控制等技术。涉及到包括距离探测、视频采集、 温湿度以及声光 等多种外部传感器,作为移动机器人的输入信息。移动机器人的运动控制主要是完成移动机 器人的运动平 台,提供一种移动机器人的控制方式。 性能良好的移动机器人运动控制系统是 移动机器人运行的基础,能够服务于移动机器人研究的通用开发平台。 移动机器人技术研究综合了多学科领域的知识, 关键技术可分为:路径规划、导航定位、 路径跟踪与运动控制技术。路径规划又可分为全局和局部路径规划。 全局路径规划是根据移 动机器人总体任务进行路径规划, 将总体路径任务分解, 并建立全局地形数据库; 局部路径 规划是根据全局规划分解的子任务, 结合移动机器人当前状态信息, 实时规划可行路径; 导 航定位技术确定移动机器人在全局地图中的位置, 并实时得到机器人与路径跟踪的相对位置 关系,其关键技术是多传感器信息处理与数据融合技术。 路径跟踪与运动控制技术的任务是 控制移动机器人跟踪局部规划给出的路径, 结合导航定位系统得到机器人本身状态信息与道 路信息,完成航向和速度控制。 移动机器人的路径规划、 导航控制以及路径跟踪与运动控制 摘要:移动机器人的运动控制主要是完成移动机器人的运动平台, 的控制方式。本文通过对移动机器人的研究, 为 机器人提供简单方便的障碍物距离检测。 动控 制器软件设计和超声波测距软件的设计, 开发 平台。

工业机器人控制的功能、组成和分类

1. 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自诊断。 2.机器人控制系统的组成(图1) (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。 2)Fieldbus接口:支持多种流行的现场总线规格,如Device net、AB Remote I/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET 等。

基于机器人运动控制系统软件设计

基于机器人运动控制系统软件设计

基于机器人运动控制系统软件设计摘要:移动机器人的运动控制主要是完成移动机器人的运动平台,提供一种移动机器人的控制方式。本文通过对移动机器人的研究,实现了基于渡越时间法的超声波测距模块设计,为机器人提供简单方便的障碍物距离检测。本文主要完成对主控板控制器软件设计、电机驱动控制器软件设计和超声波测距软件的设计,使开发系统能够服务于移动机器人研究的通用开发平台。 关键词:机器人;运动控制;软件设计;超声波测距 中途分类号:TP 9 文献标识码:B 0 引言 随着计算机、网络、机械电子、信息、自动化以及人工智能等技术的飞速发展,移动机器人的研究进入了一个崭新的阶段。同时,太空资源、海洋资源的开发与利用为移动机器人的发展提供了广阔的空间。目前,智能移动机器人,无人自主车等领域的研究进入了应用的阶段,随着研究的深入,对移动机器人的自主导航能力,动态避障策略,避障时间等方面提出了更高的要求。地面智能机器人路径规划,是行驶在复杂,动态

自然环境中的全自主机器人系统的重要环节,而地面智能机器人全地域全自主技术的研究,是当今国内外学术界面临的挑战性问题。 智能移动机器人是一类能够通过传感器感知环境和自身状态,实现在有障碍物的环境中面向目标自主运动,从而完成一定功能的机器人系统。移动机器人技术研究综合了路径规划、导航定位、路径跟踪与运动控制等技术。涉及到包括距离探测、视频采集、温湿度以及声光等多种外部传感器,作为移动机器人的输入信息。移动机器人的运动控制主要是完成移动机器人的运动平台,提供一种移动机器人的控制方式。性能良好的移动机器人运动控制系统是移动机器人运行的基础,能够服务于移动机器人研究的通用开发平台。 移动机器人技术研究综合了多学科领域的知识,关键技术可分为:路径规划、导航定位、路径跟踪与运动控制技术。路径规划又可分为全局和局部路径规划。全局路径规划是根据移动机器人总体任务进行路径规划,将总体路径任务分解,并建立全局地形数据库;局部路径规划是根据全局规划分解的子任务,结合移动机器人当前

机器人地组成系统

一.工业机器人组成系统 工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构,包括腰部、肩部、肘部和手腕部,其中手腕部有3个运动自由度。驱动系统包括动力装置和传动机构,用以使执行机构产生相应的动作。控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号,并进行控制。 工业机器人按执行机构运动的控制机能,又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位,适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业;连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动,适用于连续焊接和涂装等作业。 工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件,通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制柜。 示教输入型的示教方法有两种:一种是由操作者用手动控制器(示教操纵盒),将指令信号传给驱动系统,使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍;另一种是由操作者直接领动执行机构,按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时,工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时,控制系统从程序存储器中检出相应信息,将指令信号传给驱动机构,使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人称为示教再现型工业机器人。 几个问题: (1)巨轮机器人JLRB20KG机器人是点位型还是连续轨迹型? (2)能不能编写一个简单程序,使机器人能够的末端能够走一个圆? (3)能不能控制机器人中每一个电机的输出功率或扭矩? (4)机器人每一个关节从驱动电机到执行机构的传递效率有没有? 二.工业机器人的主体 机器人本体由机座、腰部、大臂、小臂、手腕、末端执行器和驱动装置组成。共有六个自由度,依次为腰部回转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕回转、手腕俯仰、手腕侧摆。机器人采用电机驱动,电机分为步进电机或直流伺服电机。直流伺服电机能构成闭环控制、精度高、额定转速高、但价格较高,而步进电机驱动具有成本低、控制系统简单。 各部件组成和功能描述如下:

机器人控制系统详解

机器人控制系统详解 如果仅仅有感官和肌肉,人的四肢并不能动作。一方面是因为来自感官的信号没有器官去接收和处理,另一方面也是因为没有器官发出神经信号,驱使肌肉发生收缩或舒张。同样,如果机器人只有传感器和驱动器,机械臂也不能正常工作。原因是传感器输出的信号没有起作用,驱动电动机也得不到驱动电压和电流,所以机器人需要有一个控制系统,用硬件和软件组成一个的控制系统。 机器人控制系统概念 机器人控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。 机器人控制系统的功能要求 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。机器人控制系统的主要种类 控制系统的任务,是根据机器人的作业指令程序、以及从传感器反馈回来的信号,支配机器人的执行机构去完成的运动和功能。假如机器人不具备信息反馈特征,则为开环控制系统;若具备信息反馈特征,则为闭环控制系统。

工业机器人控制系统的组成教学内容

工业机器人控制系统 的组成

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。 2)Fieldbus接口:支持多种流行的现场总线规格,如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。

工业机器人控制系统分类 1、程序控制系统:给每一个自由度施加一定规律的控制作用,机器人就可实现要求的空间轨迹。 2、自适应控制系统:当外界条件变化时,为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质,其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察,再调整非线性模型的参数,一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。 3、人工智能系统:事先无法编制运动程序,而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息,实时确定控制作用。 4、点位式:要求机器人准确控制末端执行器的位姿,而与路径无关。 5、轨迹式:要求机器人按示教的轨迹和速度运动。 6、控制总线:国际标准总线控制系统。采用国际标准总线作为控制系统的控制总线,如VME、MULTI-bus、STD-bus、PC-bus。 7、自定义总线控制系统:由生产厂家自行定义使用的总线作为控制系统总线。 8、编程方式:物理设置编程系统。由操作者设置固定的限位开关,实现起动,停车的程序操作,只能用于简单的拾起和放置作业。

第02章 机器人的基本结构原理

教案首页 课程名称农业机器人任课教师李玉柱第2章机器人的基本结构原理计划学时 3 教学目的和要求: 1.弄清机器人的基本构成; 2.了解机器人的主要技术参数; 3.了解机器人的手部、腕部和臂部结构; 4.了解机器人的机身结构; 5.了解机器人的行走机构 重点: 1.掌握机器人的基本构成 2.弄清机器人都有哪些主要技术参数 3.机器人的手部、腕部和臂部结构 难点: 机器人的手部、腕部和臂部结构 思考题: 1.机器人由哪些部分组成? 2.机器人的主要技术参数有哪些? 3.机器人的行走机构共分几类,请想象未来的机器人能 否有其它类型的行走机构?

第2章概论 教学主要内容: 2.1机器人的基本构成 2.2机器人的主要技术参数 2.3人的手臂作用机能初步分析 2.4机器人的机械结构构成 2.5机器人的手部 2.6机器人的手臂 2.7机器人的机身 2.8机器人的行走机构 本章介绍了机器人的基本构成、主要技术参数,人手臂作用机能,在此基础上对机器人的手部、手腕、手部、。机身、行走机构等原理及相关的结构设计进行讨论,使学生对机器人的机构和原理有较为清楚的了解。 2.1机器人的基本构成 简单地说:机器人的原理就是模仿人的各种肢体动作、思维方式和控制决策能力。 不同类型的机器人其机械、电气和控制结构也不相同,通常情况下,一个机器人系统由三部分、六个子系统组成。这三部分是机械部分、传感部分、控制部分;六个子系统是驱动系统、机械系统、感知系统、人机交互系统、机器人-环境交互系统、控制系统等。如图2-1所示。

图2-1 机器人的基本构成 ● 机械..系统.. 是由关节连在一起的许多机械连杆的集合体,形成开环运动学链系。连杆类似于人类的小臂、大臂等。关节通常分为转动关节和移动关节,移动关节允许连杆做直线移动,转动关节仅允许连杆之间发生旋转运动。由关节-连杆结构所构成的机械结构一般有3个主要部件,即手、腕、臂,它们可在规定的范围上运动。 ● 驱动系统.... 是使各种机械部件产生运动的装置。常规的驱动系统有气动传动、液压传动或电动传动,它们可以直接地与臂、腕或手上的机械连杆或关节连接在一起,也可以使用齿轮、带、链条等机械传动机构间接传动。

机器人控制系统概述

机器人控制系统简述 摘要: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。其系统具有编程简单、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。根据不同的分类方法,机器人控制方式可以有不同的分类。 关键字:控制系统;控制特点;控制要求;控制方法 机器人技术诞生于20世纪,发展比较快,而且应用极其广泛,应用于机械加工生产,科学研究,国防等方面。其对人们的生产生活起到了巨大的影响,在生活与生产中早就成为了必不可少的生产力,加快了人类的进步和社会的发展,促进了国家先进生产力的提高。机器人技术作为21世纪最先进的技术之一,它的的发展势必给人类的生产生活带来新的变革。而机器人控制系统作为机器人系统的主要组成部分,其的重要程度自然不言而喻。 1.机器人控制系统的概念 机器人控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。控制系统意味着通过它可以按照所希望的方式保持和改变机器、机构或其他设备内任何感兴趣或可变化的量。控制系统同时是为了使被控制对象达到预定的理想状态而实施的。控制系统使被控制对象趋于某种需要的稳定状态。 2.机器人控制系统的特点 机器人的控制技术是在传统机械系统的控制技术的基础上发展起来的,因此两者之间并无根本的不同。但机器人控制系统也有许多特殊之处。其特点如下: ⑴机器人控制系统本质上是一个非线性系统。引起机器人非线性因素很多,机器人的结构、传动件、驱动元件等都会引起系统的非线性。 ⑵机器人控制系统是由多关节组成的一个多变量控制系统,且各关节间具有耦合作用。具体表现为某一个关节的运动,会对其他关节产生动力效应,每一个关节都要受到其他关节运动所产生的扰动。因此工业机器人的控制中经常使用前馈、补偿、解耦和自适应等复杂控制技术。 ⑶机器人系统是一个时变系统,其动力学参数随着关节运动位置的变化而变化。 ⑷较高级的机器人要求对环境条件、控制指令进行测定和分析,采用计算机建立庞大的信息库,用人工智能的方法进行控制、决策、管理和操作,按照给定的要求,自动选择最佳控制规律。 3.机器人控制系统的基本要求 从使用的角度讲,机器人是一种特殊的自动化设备,对其控制有如下要求: ⑴多轴运动的协调控制,以产生要求的工作轨迹。因为机器人的手部的运动是所有关节运动的合成运动,要使手部按照规定的规律运动,就必须很好地控制各关节协调动作,包括运动轨迹、动作时序的协调。 ⑵较高的位置精度,很大的调速范围。除直角坐标式机器人外,机器人关节上的位

工业机器人控制系统的组成完整版

工业机器人控制系统的 组成 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】

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。2)Fieldbus接口:支持多种流行的现场总线规格,如Devicenet、ABRemoteI/O、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等。 ?工业机器人控制系统分类 1、程序控制系统:给每一个自由度施加一定规律的控制作用,机器人就可实现要求的空间轨迹。 2、自适应控制系统:当外界条件变化时,为保证所要求的品质或为了随着经验的积累而自行改善控制品质,其过程是基于操作机的状态和伺服误差的观察,再调整非线性模型的参数,一直到误差消失为止。这种系统的结构和参数能随时间和条件自动改变。 3、人工智能系统:事先无法编制运动程序,而是要求在运动过程中根据所获得的周围状态信息,实时确定控制作用。 4、点位式:要求机器人准确控制末端执行器的位姿,而与路径无关。 5、轨迹式:要求机器人按示教的轨迹和速度运动。

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