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作者: admin发布时间:2020-06-20 03:58

  呆板人打算技能_呆滞/仪外_工程科技_专业原料。第五节 感知与智能使用编制实例 仿人呆板人智能行走编制 人体熟手走的进程中,其重心一贯地周期性移 动和变换,正在任何岁月起码有一只脚与地面接触, 而个中一段是两只脚同时着地。单维持和双维持交 替举办,但

  第五节 感知与智能使用编制实例 仿人呆板人智能行走编制 人体熟手走的进程中,其重心一贯地周期性移 动和变换,正在任何岁月起码有一只脚与地面接触, 而个中一段是两只脚同时着地。单维持和双维持交 替举办,但只要单维持和双维持熟手走周期中所占 比例合理,才气连结身体均衡。 双足行走周期: 三个阶段: 1、单脚维持阶段,也称摆腿阶段。 2、双脚维持阶段 3、挪动过分阶段 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第五节 感知与智能使用编制实例 仿人呆板人智能行走编制 一、ZMP外面与估量 ZMP(零矩点)驾驭是目前使用比拟获胜的双足机 器人均衡外面,它央浼ZMP点务必位于维持面内。 遵照职分央浼打算双足呆板人组织,取得重力的 巨细;再由运动轨迹谋划确定重力的位子和惯性力, 估量出盼望ZMP位子,并举办巩固性了解和验证,保 证盼望ZMP落入维持面内。 因为修模和估量偏差,实践ZMP与盼望ZMP会存 正在必定偏差,或者会形成双足呆板人的失稳。因而, 务必及时监控盼望ZMP与实践ZMP的过错,并举办相 应的积累。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第五节 感知与智能使用编制实例 ZMP位子检测须要六维力传感器获取地 面反力讯息;其它,摆动腿着地时与地面间 的打击力,关于运动进程的巩固性同样起到 至闭紧要的效用。 仿人呆板人行走编制采用六维力/力矩传 感器IFS-105M50A220-I63组成实践ZMP检 测编制,驾驭软件包含: 1、采撷地面反力数据和对数据举办处 理。 2、估量呆板人编制的实践ZMP位子。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第五节 感知与智能使用编制实例 右图为ZMP行走模子,重力和惯性力组成呆板 人的广义力,广义力的延迟线落正在地面上的点,即 为盼望的ZMP,对该点的广义力矩为零。 倘若效用正在呆板人脚底 的实践地面反力(包含笔直 反力和摩擦力)中央与盼望 的ZMP重合,并落正在维持面 上,则关于呆板人无翻转力 矩,从而使呆板人处于巩固 行走状况。 倘若不重合,则或者存 正在翻转力矩(因运动轨迹已 经谋划好)。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第五节 感知与智能使用编制实例 盼望ZMP的位子可通过实践组织的尺寸、 质料、步态谋划举办估量。 六维力/力矩传感器的最佳位子应正在踝 闭节以下,越亲密地面越好。 遵照丈量取得的力和力矩值,由传感器 数学模子(右图),能够估量出实践的ZMP 值: PS F M PA m(g a) Mp 0 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第五节 感知与智能使用编制实例 盼望ZMP与实践ZMP不重合爆发的附加翻转 力矩的估量公式为: T前向 (X 盼望ZMP - X 实践ZMP ) Z向广义力 T侧向 (Y盼望ZMP - Y实践ZMP ) Z向广义力 T回旋 (X 盼望ZMP - X 实践ZMP ) Y向广义力 (Y盼望ZMP - Y实践ZMP ) X向广义力 参考上述公式,为了消灭翻转力矩,务必消灭 盼望ZMP与实践ZMP的过错;因而,均衡政策为: 1、变换呆板人行走步态,变换实践ZMP的位子。 2、变换惯性力的巨细,变换盼望ZMP的位子。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第五节 感知与智能使用编制实例 二、基于传感器的呆板人智能行走 基于ZMP外面的步态谋划正在线、遵照传感器数据,调治维持脚步态,从 而变换实践地面反力中央,使实践ZMP抵达 妥贴的位子,与盼望ZMP重合。 2、遵照传感器数据,调治各闭节的驱动 力矩从而变换各杆件的加快率和呆板人惯性 力的巨细,使盼望ZMP与实践ZMP重合,实 现巩固行走。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第七章 呆板人打算技能 第一节 打算门径与打算准则 第二节 寻常工业呆板人编制打算 第三节 特种呆板人编制打算 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第一节 打算门径与打算准则 7.1.1 寻常打算技能 一、打算准则与步调、门径 行为一种模范的机电配置,机电配置的寻常 打算准则同样实用于呆板人;但呆板人又有它独 特的一边,如:众自正在度、非线性、强耦合、刚 性差、智能化央浼上等,务必着重它特有的打算 门径学切磋,昭彰呆滞编制与驾驭编制的效用与 特征,以及两者之间的相闭与调和。 寻常打算进程:首前辈行具体效用、具体参 数打算,然后打算各个局限的细节 呆板人打算的两个根基准则: 具体性准则和驾驭编制打算优先于呆滞组织设 计准则。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第一节 打算门径与打算准则 1、具体性准则 呆板人的寻常打算进程: 最先打算呆板人的具体效用、具体参数,然后 打算各个局限的细节。 打算呆板人时要弥漫琢磨各方面因数及彼此影 响,而不是举办轻易的呆滞组织或驾驭编制打算。 1)、编制组织打算 呆滞组织与驾驭编制的分工,越过各自的优 点和特征。 2)、呆滞与驾驭编制间的闭联与调和。 3)、呆滞、驾驭、传感器、软件、硬件之间 的兼容。 4)、现有技能的整合与集成。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第一节 打算门径与打算准则 5)、职能与本钱之间的折中。 6)、各局限进度的合理睡觉与调和。 2、驾驭编制打算优先准则 也称为外面打算优先于实践打算准则。 寻常的呆滞产物打算进程:计划论证、打算与 估量、安装图打算、零件图打算、电气打算。 为什么要驾驭编制优先? 呆滞编制的职能寻常是开环变成的,而驾驭 编制寻常按闭环新型驾驭,呆板人的职能首要通 过过程优化打算的驾驭编制来担保。 因而,从计划论证阶段就要优先琢磨驾驭系 统的效用和达成题目,联络驾驭编制软硬件的实 现要求,对呆滞组织提出向导性发起。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第一节 打算门径与打算准则 驾驭编制的打算包含计划打算、仿真与 估量、墟市侦察等实质。 通过切磋呆板人的运动学、动力学和控 制编制,可认为呆滞编制的选型和优化打算 供给向导。比方:任务空间具体定、避免奇 异点、减速比的选定、具有解析逆运动学解 的构型特色等。 比方:正在呆板人的任务空间与各闭节变 量之间不是轻易的线性闭联,务必通过庞大 估量,或借助CAD用具来杀青。 驾驭编制打算也不行提出不行达成的要 求,务必琢磨呆滞编制的才力。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第一节 打算门径与打算准则 呆板人的打算可分为三个阶段: 1、总体计划打算 (1)、墟市侦察 明白同类产物的职能、特征和亏折,估算本钱 与收益,评估墟市开拓前景。 (2)、昭彰呆板人的打算央浼 昭彰呆板人的职分央浼,了解任务境况,确定 任务空间、位子精度、负载等央浼。 (3)、昭彰效用央浼、职能目标和技能参数 昭彰提出呆板人应具有的效用、职能目标和技 术参数。 (4)、计划比拟 初阶提出若干总体打算计划,通过工艺、技能、 代价等了解选拔最佳计划。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第一节 打算门径与打算准则 2、具体打算 (1)、呆板人的驾驭编制打算 遵照总体效用央浼选拔适宜的驾驭计划:纠集 式或散布式。然后打算或选拔驾驭硬件,包含:控 制器、传感器、驱动元件等。 (2)、呆板人的呆滞打算 1)呆滞编制庞大,2)更越过刚度和精度打算。 3)琢磨呆滞组织对伺服编制火速相应才力的影响。 4)琢磨呆滞皆振频率对运动巩固性、火速性、轨 迹精度等的影响。5)组织紧凑性、灵敏性央浼更 高。如:大传动比减速器,电机与传动编制一体化 元件。6)美丽、大方。7)采用前辈打算门径,如; 模块化打算,CAD。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第一节 打算门径与打算准则 (3)、修筑、安置、调试 1)元件的筛选,零件的检查。2)前辈行子系 统的安置与调试,再总体安置,最终联调。 (4)、编写打算文档 1)贯穿通盘打算进程。2)便于鼎新、升级。 3)履历的总结与蕴蓄堆积。 打算文档平常包含: 《呆板人打算效用央浼书》 《墟市侦察呈文》、《计划打算》 《打算图纸》、《外购件清单》 《调试注释和呈现的题目及处置门径》 《技能困难、末处置的题目和往后的预测》 。。。。。等等。 打算是一个一贯往返的进程,初阶是症结。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第一节 打算门径与打算准则 二、打算门径 因为呆板人开拓庞大性,务必采用最 前辈的技能与用具。 1、估量机辅助打算 2、仿真与虚拟打算 呆滞编制动态仿真软件ADAMS,驾驭 编制仿线、仿生打算 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第一节 打算门径与打算准则 7.1.2 仿生打算门径 仿生学是一门将相闭的生物学道理使用 到工程编制的切磋与打算中的学科。 一、组织仿生 1、海洋动物仿生 2、蛇类仿生 3、变形虫仿生 4、人体仿生 二、效用仿生 1、大脑效用仿生 2、感知仿生 3、运动仿生 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第二节 寻常工业呆板人编制打算 7.2.1 打算参数与目标 1、任务空间 2、运动自正在度:寻常连杆系的自正在度 M: M 6n - mMm 个中:n连杆根数,m运动副引入的对连杆 的束缚数;Nm具有束缚数m的连杆的根数。 3、有用负载:呆板人任务时所能秉承 的力或力矩。 4、运动精度:包含位子精度、反复定 位精度和编制辨别率。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第二节 寻常工业呆板人编制打算 5、速率:首要运动自正在度的最大巩固 速率; 最大首肯的加、减速率,它们受到驱 动功率和编制刚度的局部。 6、动态性情 组织动态与质料、惯性矩、刚度、 阻尼系数、固有频率、编制模态等相闭。 7、经济性目标 包含初始投资和运转本钱。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第二节 寻常工业呆板人编制打算 7.2.2 编制总体效用和计划打算 呆板人打算打算呆滞打算、传感技能、估量机 使用和主动驾驭,是跨学科的归纳打算,应行为一 个编制举办任务。从总体开拔切磋编制内各构成部 分之间和外部境况与编制之间的彼此闭联。 工业呆板人应具有: 1)具体性,2)干系性,3)方针性,4)境况 适当性。 昭彰效用,提绝伦种计划,优选计划,昭彰技 术难点和症结技能。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第二节 寻常工业呆板人编制打算 7.2.3 分编制具体打算与达成 一、呆滞组织分编制 1)手部组织:即手爪或末尾践诺器,用于机 器人功课。 2)手腕编制:用于变换手部的空间方位,和 将任务载荷转达得手臂。 3)手臂组织:变换手部的空间位子,知足机 器人的任务空间,将载荷转达到机座。 4)机座:起维持效用。 二、驾驭分编制:由驾驭估量机和驱动安装伺服 驾驭器构成。 1、驾驭分编制的特征: 1)呆板人的驾驭与他的运动学、动力学有密不 可分的闭联。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第二节 寻常工业呆板人编制打算 2)描绘呆板人状况和运动的数学模子是一个众 变量、非线)工业呆板人的任一位姿都能够通过区别的方 式和道途抵达。 2、驾驭分编制的根基效用 1)示教效用 2)运动驾驭效用 3、工业呆板人的驾驭格式 1)点位驾驭格式 2)络续轨迹驾驭格式 4、工业呆板人驾驭编制的构成 (1)硬件:传感安装、驾驭安装、闭节伺服驱 动安装。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第二节 寻常工业呆板人编制打算 (2)软件:运动轨迹算法、闭节伺服驾驭算法、 接口局限达成。 3、智能分编制 目前,呆板人编制中的切磋要点。首要包含两 局限: 1、感知编制:首要靠硬件,卓殊是百般传感器, 联络微处罚器和干系软件来达成感知驾驭。 2、了解—决定—谋划编制:首要由软件达成, 通过收罗、外达、了解清理百般数据和实践履历, 达成科学决定,如:专家编制,形式识别。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第二节 寻常工业呆板人编制打算 7.2.4 编制外里部接口打算 1、呆滞接口 首要采用螺栓、螺钉等衔尾件固定衔尾,对少少 易损件和时常调动的外部配置,众采用卡口式衔尾 格式。 2、通讯接口 呆板人与传感器之间首要采用AI/O、DI/D接口。 1、串行通信接口RS232C:能够达成点对点的 通讯格式 。 2、串行接口RS485:RS-485采用主从式组织 编制,能够挂接32个节点;通讯格式以主站轮询的 格式举办,编制的及时性、牢靠性较差。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第二节 寻常工业呆板人编制打算 3、FireWire总线 下面所列是FireWire总线的少少特征: ①采用点对点模子,统统衔尾配置创修一种对等 收集,配置之间能够彼此通讯而欠亨过主机。 ② 简单总线个物理节点 ③增援三种速度形式:100 Mbps、200 Mbps和 400 Mbps。 ④增援等时和异步两种传输格式。 等时传输:按必定的速度举办传输,具有固定的 带宽, 异步传输:通过惟一所在指定相应节点,通讯时 哀告方与相应方须要举办联络。 ⑤以125μs为轮回周期山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第二节 寻常工业呆板人编制打算 ⑥采用六线制,包含两对双绞线和一对 电源线。一对双绞线传输数据,另一对传输 选通讯号。 ⑦采用四层传输制定,由上至下按序为: 总线处理层、事情层、链道层和物理层。 ⑧增援即插即用。 ⑨配置能够自供电或由总线供电。 FireWire总线能够衔尾众种外部配置,包 括:大容量存储器、视频输出配置、文娱设 备、小型收集和视频聚会配置等。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第二节 寻常工业呆板人编制打算 4、CAN总线 CAN总线是一种有用增援散布式驾驭或及时驾驭 的串行通讯收集。 CAN总线正在以下方面具有彰彰的优异性: 1)、收集各节点之间的数据通讯及时性强: 收集中的各节点都可遵照总线拜访优先权,采用 逐位仲裁的格式逐鹿向总线发送数据,且撤消了站 所在编码,代之以对通讯数据举办编码,这可使不 同的节点同时汲取到相通的数据, 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第二节 寻常工业呆板人编制打算 2)、缩短开拓周期 已变成邦际模范的现场总线,与寻常的 通讯总线比拟,CAN总线的数据通讯具有越过 的牢靠性、及时性和活泼性。它正在汽车范畴 上的使用是最普及的, 是最有出息的现场总 线之一。 接口技能一贯繁荣中,少少专用配置采 用专有接口技能。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02 第三节 特种呆板人编制打算 功课: 通过墟市侦察,提出一种具有墟市前景 的呆板人计划。 包含:名称、墟市了解、邦外里繁荣情 况、首要技能参数、计划论证等实质。 山东大学呆滞工程学院机电工程切磋所2010/09/02

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