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机器人控制技术论文(2)
机器人控制技术论文篇二
智能控制在机器人技术中的应用
摘要：机器人的智能从无到有、从低级到高级，随着科学技术的进步而不断深人发展。计算机技术、网络技术、人工智能、新材料和MEMS技术的发展，智能化、网络化、微型化发展趋势凸显出来。本文主要探讨智能控制在机器人技术中的应用。
关键词：智能控制机器人技术
1、引言
工业机器人是一个复杂的非线性、强耦合、多变量的动态系统，运行时常具有不确定性，而用现有的机器人动力学模型的先验知识常常难以建立其精确的数学模型，即使建立某种模型，也很复杂、计算量大，不能满足机器人实时控制的要求。智能控制的出现为解决机器人控制中存在的一些问题提供了新的途径。由于智能控制具有整体优化，不依赖对象模型，自学习和自适应等特性，用它解决机器人等复杂控制问题，可以取得良好效果。
2、智能机器人的概述
提起智能机器人，很容易让人联想到人工智能。人工智能有生物学模拟学派、心理学派和行为主义学派三种不同的学派。在20世纪50年代中期，行为主义学派一直占统治地位。行为主义学派的学者们认为人类的大部分知识是不能用数学方法精确描述的，提出了用符号在计算机上表达知识的符号推理系统，即专家系统。专家系统用规则或语义网来表示知识规则。但人类的某些知识并不能用显式规则来描述，因此，专家系统曾一度陷人困境。近年来神经网络技术取得一定突破，使生物模拟学派活跃起来。智能机器人是人工智能研究的载体，但两者之间存在很大的差异。例如，对于智能装配机器人而言，要求它通过视觉系统获取图纸上的装配信息，通过分析，发现并找到所需工件，按正确的装配顺序把工件一一装配上。因此，智能机器人需要具备知识的表达与获取技术，要为装配做出规划。同时，在发现和寻找工件时需要利用模式识别技术，找到图样上的工件。装配是一个复杂的工艺，它可能要采用力与位置的混合控制技术，还可能为机器人的本体装上柔性手腕，才能完成任务，这又是机构学问题。智能机器人涉及的面广，技术要求高，是高新技术的综合体。那么，到底什么是智能机器人呢?到目前为止，国际上对智能机器人仍没有统一的定义。一般认为，智能机器人是具有感知、思维和动作的机器。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。如装配作业，它要能找到和识别所要的工件，需要利用视觉传感器来感知工件。同时，为了接近工件，智能机器人需要在非结构化的环境中，认识瘴碍物并实现避障移动。这些都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，为一个复杂机器找到零件的装配办法及顺序，指挥执行机构，即动作部分去装配完成这个机器，动作是指机器人具有可以完成作业的机构和驱动装置。因此，智能机器人是一个复杂的软件、硬件的综合体。虽然对智能机器人没有统一的定义，但通过对具体智能机器人的考察，还是有一个感性认识的。
3、智能机器人的体系结构
智能机器人的体系结构主要包括硬件系统和软件系统两
个方面。由于智能机器人的使用目的不同，硬件系统的构成也不尽相同。结构是以人为原型设计的。系统主要包括视觉系统、行走机构、机械手、控制系统和人机接口。如图1所示：
2.1视觉系统
智能机器人利用人工视觉系统来模拟人的眼睛。视觉系统可分为图像获取、图像处理、图像理解3个部分。视觉传感器是将景物的光信号转换成电信号的器件。早期智能机器人使用光导摄像机作为机器人的视觉传感器。近年来，固态视觉传感器，如电荷耦合器件CCD、金属氧化物半导体CMOS器件。同电视摄像机相比，固体视觉传感器体积小、质量轻，因此得到广泛的应用。视觉传感器得到的电信号经过A/D转换成数字信号，即数字图像。单个视觉传感器只能获取平面图像，无法获取深度或距离信息。目前正在研究用双目立体视觉或距离传感.器来获取三维立体视觉信息。但至今还没有一种简单实用的装置。数字图像经过处理，提取特征，然后由图像理解部分识别外界的景物。
2.2行走机构
智能机器人的行走机构有轮式、履带式或爬行式以及类人型的两足式。目前大多数智能机器人.采用轮式、履带式或爬行式行走机构，实现起来简单方便。1987年开始出现两足机器人，随后相继研制了四足、六足机器人。让机器人像人类一样行走，是科学家一直追求的梦想。
2.3机械手
智能机器人可以借用工业机器人的机械手结构。但手的自由度需要增加，而且还要配备触觉、压觉、力觉和滑觉等传感器以便产生柔软、.灵活、可靠的动作，完成复杂作业。
2.4控制系统
智能机器人多传感器信息的融合、运动规划、环境建模、智能推理等需要大量的内存和高速、实时处理能力。现在的冯?诺曼结构作为智能机器人的控制器仍然力不从心。随着光子计算机和并行处理结构的出现，智能机器人的处理能力会更高。机器人会出现更高的钾能。
2.5人机接口
智能机器人的人机接口包括机器人会说、会听以及网络接日、话筒、扬声器、语音合成和识别系统，使机器人能够听懂人类的指令，能与人以自然语言进行交流。机器人还需要具有网络接n，人可以通过网络和通讯技术对机器.人进行控制和操作。
随着智能机器人研究的不断深入、越来越多的各种各样的传感器被使用，信息融合、规划，问题求解，运动学与动力学计算等单元技术不断提高，使智能机器人整体智能能力不断增强，同时也使其系统结构变得复杂。智能机器人是一个多CPU的复杂系统，它必然是分成若干模块或分层递阶结构。在这个结构中，功能如何分解、时间关系如何确定、空间资源如何分配等问题，都是直接影响整个系统智能能力的关键问题。同时为了保证智能系统的扩展，便于技术的更新，要求系统的结构具有一定开放性，从而保证智能能力不断增强，新的或更多传感器可以进入，各种算法可以组合使用口这便使体系结构本身变成了一个要研究解决的复杂问题。智能机器人的体系结构是定义一个智能机器人系统各部分之间相互关系和功能分配，确定一个智能机器人或多个智能机器人系统的信息流通关系和逻辑上的计算结构。对于一个具体的机器人而言，可以说就是这个机器人信息处理和控制系统的总体结构，它不包括这个机器人的机械结构内容。事实上，任何一个机器人都有自己的体系结构。目前，大多数工业机器人的控制系统为两层结构，上层负责运动学计算和人机交互，下层负责对各个关节进行伺服控制。
参考文献：
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[2]陈赜，司匡书.全自主类人机器人的智能控制系统设计[J].伺服控制，2009，02：76-78.
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应用实例及精度分析
摘要测量三个自由度机械臂：测量臂的三个自由度，沿X测量对象，Y，Z三个坐标轴平移，只有位置与运动部件的测量跟踪。
关节测量臂是由安装在各关节的相对运动的传感器测得，并因此间接地实现端部执行器的位置测量。
因此，这个问题属于直接的问题机器人运动学。
关键词：测量;自由度;姿势;并联机床，传感器，信号，精密 1
应用实例飞速发展，机器性能要求比较
高。传统该机采用了一系列嵌套的堆叠体，臃肿，以及由于一系列的错误
链的积累，不利于提高精度，传统的四坐标加
较窄的工作机技术，也很难实现任何额外的表面处理，以及
5轴加工工具是非常昂贵的和低的速度。因此，结构
刚度，承载比，定位精度高，结构紧凑和网上
引起了学者们的机器的注意，水货机因此而诞生。
提出了使用额外的实时测量运动
平台定位精度直接测量机制。其基本思想是基于额外测量的固定平台和平台之间的身体移动量的测量运动运动平台的运动，通过测量安装时驱动<运动平台
创造的运动特性由药代动力学建模运输传感器机制/>移动平台获得的显示解决方案的地位。当测量
解决前沿速度，满足实时控制的要求，你可以
受益的实时反馈到机床精度补偿和控制。
基于上述想法，以建立一个并行机位置测量系统
机器切割力和变形关节间隙和其他错误的部分排除，以提高定位精度
机。在三自由度串联机构都采用
副然后转向运动是非常灵活的，使用移动副的，往往是需要锻炼，尤其是靠近基地的运动副更是如此。
测量仪由一系列的三自由度机构，罚款密码板的每个回合动关节，以衡量不同之间的角度。其端件由一个界面元素和机器人执行器连接
。当机床运动平台变化的测量位置，测量仪器
片的端部移动与平台的运动，从而导致米关闭
两个相邻杆之间的角度的每个部分从变精致的密码通过计算卡插入电脑处理软件测得的相对
角落的变化信号，通过运行
运动学正解的实时显示测试程序移动部件的当前位置
量每块板，为了实现位置测量。
2
精度分析主要影响的机械机器人的身体部位，安装误差教育部
零部件制造误差，整机装配误差和机器人的精度。
此外，温度，所产生的驱动杠杆作用的操作力变得
形传输错误，控制系统错误等。测定和补偿这些误差
是在实践中是必不可少的。
2.1测试的基本概念
错误在任何测试过程中，无论多么完美的正方形
测试如何准确的测试方法和装置都不可避免地产生测试
误差，测试结果不能绝对准确。因此，为了测量与相应的精度得到
测试结果，
必须正确估计的测量误差，该测试结果的可靠性。
测试误差是测量值与真实值之间的差额，即
△X= X-X0
公式：△x---定义测试误差;
x--测量值;
X0---真正的价值。
其中测得的真实大小本身的真正价值了。
2.2基本类型的测试误差
1）数学表达式错误划分---
相对绝对误差和误差;-工具
2）源错误的划分和错误的错误
可怜方法，根据错误的划分---发生系统错误，梯度
误差，随机误差和粗差法
3）;
4）按条件除法---基本误差和附加误差;
5）除以测得的速度误差---静态和动态误差
较差。误差误差<BR
2.3间接测量/>间接测量过程中直接测量误差
行的基础上。物理量不能直接测量，但必须由一定数目的计算出的能量
直接测量的量来确定。由于直接测量
难免产生错误，从这些直接测量的结果包含错误
计算不可避免地包含错误。
间接测量法是
世代的关系的算术平均值的函数的测得的各种参数的要求的直接结果，其结果可以得到
间接测量。
间接测量通常有两个问题：一个是已知的误差测量
寻求间接测量误差，即误差变量从
著名寻求错误的邮件数，以及另一种是间接测量一个给定的误差值，查找每个直接测量然后允许的误差
找到自变量的误差已知的功能。
发现并消除系统误差的2.4
在一定的测试条件，测试方法和目标站
米，通常在测试之前，始终由个人或小的误差存在系统误差因素在固体
法律发生多显著给出所造成的测试系统的影响。通常应在测试前的分析和实验，以确定
的影响是从淘汰的原因，或给予纠正
测量。
若使系统误差减小到其随机误差
的大小相当，可不必单独处理的系统错误，并统一用
作为错误处理的机器。
然而，在实践中系统误差无法完全消除，但也有可能是在测量一些更显著系统错误
差。特别是，系统错误也隐藏在随机误差，所以也就
关键的问题是如何找到数据来检验是否存在系统错误
差，只有解决了这个问题，它可能要进一步企图消灭此外或更正。
系统误差的两个固定值和变量值？？，他们影响各不相同。
值系统误差影响重复测量只的平均值，而
不影响均方根误差。它不仅会导致随机误差分布曲线在转变
位置，而不影响其分布与实际点Bufan
周长。
对于不同的系统误差，由于每个上的大小和方向的
效果的测量图像数据是不一样的，而且还具有固定法，
不是偶然波动。
如果在系统误差值显著的变化，不仅会影响重
复杂的多次测量的平均值，而且会影响它的每一个固定的规则
残差和均方根错误。因此，它不仅会改变随机误差的分布
位置，也使变形的分布，这将使它
残差不具有破坏性，而且还影响到实际分布。因此，
法应提供以消除其原因，或取得系统误差的变量值的规律，
在所有测量数据得到修正，然后将数据计数纠正
计算测量结果和测量误差。
对于工程测量，只需要满足精度要求，因此，并不需要计算和
特定的错误价值观对每个测量。当分析的精度，只
精度编码盘可以被认为是，与由机械系统测量
校准时造成的误差消除。
为了提高测量臂设计系列机身的准确性
尽量做到以下几点：
1）在会议
前提下使用车身刚度的高精度测量要求，各机构应尽量使体积小，重量轻;
2）采用高精度检测传感器，如线性位移测量
光栅角位移与码盘。
3）合理补偿各种错误。
据三度选择测量臂
码盘自由的测量需求为25000行代码的磁盘FLA系列。
编码引起的圆盘3Δ3错误，导致错误的编码盘2为Δ2，码盘3和2可引起对Δ3+Δ2。如果码盘1
引起的总误差误差Δ1，然后3码盘造成的。Δ=
Δ12+（Δ2+Δ3）2
根据测量的要求，Δ必须小于20微米，最大不得超过
50微米。
码盘设置m的最小分辨率，则m=2π25000=
0.000251rad。精度编码盘取决于两个方面，一个码线刻板
准确性和第二输出信号，当输出信号为正
串，编码器的分辨率可以提高20倍，此时的编码盘 BR/>实际米真正的分辨率= 0.000251/20= 1.255×10-5rad，
其中：
Δ12=（1.255×10-5×0.6）2
Δ2= 1.255×10-5×0.6
Δ3= 1.255×10-5×0.3
Δ= 13.364×10-6M=13.364μm<20μm的
所选择的编码器可以达到的测量精度要求。
参考文献1孙迪生，王燕主编机器人控制技术·机械工业出版社
2成大先主编·机械设计图纸（第5卷）和化学工业出版社 3马春风主编··机器人机构学机械工业出版社
4阳新荣，凌玉华林·ED对现代技术和智能仪器仪表与控制技术
·湖南科学技术出版社
5路祥生，杨秀莲机器人编程·理论与应用研究·中国铁道出版社<br濮良，姬名刚主编·机械设计（第六版）·高等教育出版社
7 [日]熊风扇/> 6编·机器人控制·科学出版社
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