機(jī)器人控制理論與技術(shù)

機(jī)器人控制理論與技術(shù)第一頁(yè)，共67頁(yè)。從以下四題選做一題：1.寫一篇關(guān)于SLAM技術(shù)綜述報(bào)告。2.寫一篇關(guān)于規(guī)劃算法的綜述報(bào)告。3.寫一篇關(guān)于特征識(shí)別算法的綜述報(bào)告。4.寫一篇能夠完成某項(xiàng)任務(wù)的機(jī)器人設(shè)計(jì)方案。第二頁(yè)，共67頁(yè)。內(nèi)容要求：查閱文獻(xiàn)，寫一篇關(guān)于SLAM技術(shù)發(fā)展綜述，從SLAM技術(shù)的發(fā)展歷程、工作原理、技術(shù)難點(diǎn)等方面對(duì)SLAM技術(shù)進(jìn)行論述。不得抄襲?。?！格式要求：參照給定模板。頁(yè)數(shù)要求：至少6頁(yè)。第三頁(yè)，共67頁(yè)。內(nèi)容要求：查閱文獻(xiàn)，寫一篇關(guān)于機(jī)器人規(guī)劃算法綜述，從幾種規(guī)劃算法，如RRT，A*，Dijkstra等入手，并進(jìn)行相互比較。不得抄襲?。?！格式要求：參照給定模板。頁(yè)數(shù)要求：至少6頁(yè)。第四頁(yè)，共67頁(yè)。內(nèi)容要求：查閱文獻(xiàn)，寫一篇關(guān)于特征識(shí)別算法的研究綜述，從算法原理、運(yùn)算過程，算法適用問題等方面，對(duì)目前已有的幾種特征識(shí)別算法進(jìn)行論述和比較。不得抄襲?。?！格式要求：參照給定模板。頁(yè)數(shù)要求：至少6頁(yè)。第五頁(yè)，共67頁(yè)。內(nèi)容要求：針對(duì)機(jī)器人在某一領(lǐng)域的應(yīng)用，寫一份機(jī)器人設(shè)計(jì)方案，從機(jī)器人的功能、組成單元、機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制結(jié)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電機(jī)選型等方面展開。不得抄襲！格式要求：參照給定模板。頁(yè)數(shù)要求：至少6頁(yè)。第六頁(yè)，共67頁(yè)。完成時(shí)間：6月20日前，課程論文與實(shí)驗(yàn)報(bào)告一起，用word文件，作為郵件附件，發(fā)到課程論文文件命名規(guī)則：學(xué)號(hào)-姓名-課程論文.doc，如“9-王杰-課程論文.doc”實(shí)驗(yàn)報(bào)告文件命名規(guī)則：學(xué)號(hào)-姓名-實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc，如“9-王杰-實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc”信件主題：學(xué)號(hào)-姓名-課程論文+實(shí)驗(yàn)報(bào)告允許手寫！課程論文和實(shí)驗(yàn)報(bào)告打印時(shí)請(qǐng)雙面打??！第七頁(yè)，共67頁(yè)。要求已知機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型/動(dòng)力學(xué)模型機(jī)器人輪子與地面之間的接觸模型要求的運(yùn)動(dòng)控制目標(biāo)

速度控制位姿控制滿足要求的控制律第八頁(yè)，共67頁(yè)。目標(biāo):機(jī)器人速度輪子轉(zhuǎn)動(dòng)速度導(dǎo)航角及角速度幾何參數(shù)，比如長(zhǎng)度、寬度等前向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型：逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型：

第九頁(yè)，共67頁(yè)。第十頁(yè)，共67頁(yè)。環(huán)境坐標(biāo)系:機(jī)器人坐標(biāo)系:機(jī)器人位置坐標(biāo):兩個(gè)坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換：第十一頁(yè)，共67頁(yè)。第十二頁(yè)，共67頁(yè)。第十三頁(yè)，共67頁(yè)。第十四頁(yè)，共67頁(yè)。當(dāng)Kx,Ky,Kθ

,α,

β,

均為正常數(shù)時(shí),且α+β=1

當(dāng)vd,ωd,dvd/dt,dωd/dt

有界根據(jù)第十五頁(yè)，共67頁(yè)。Kx=1,Ky=1,Kθ=1,α=0.5,β=0.5

第十六頁(yè)，共67頁(yè)。Kx=1,Ky=1,Kθ=1,α=0.5,β=0.5

第十七頁(yè)，共67頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：在粗糙地面上具有較高的自適應(yīng)性和機(jī)動(dòng)性有高度的技巧來操縱物體缺點(diǎn)：動(dòng)力和機(jī)械的復(fù)雜性難于控制第十八頁(yè)，共67頁(yè)。腿的數(shù)量較少運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性較高行走腿一定會(huì)抬起穩(wěn)定性的丟失?腿的個(gè)數(shù)大于6行走時(shí)的靜態(tài)穩(wěn)定性

哺乳動(dòng)物爬行動(dòng)物昆蟲

2(or4)legs4legs6legs第十九頁(yè)，共67頁(yè)。

希臘神話里有這樣一個(gè)傳說，獅身人面獸斯芬克斯，盤據(jù)在忒拜城外，它有一個(gè)謎語(yǔ)，詢問每一個(gè)路過的人，謎面是：“早晨用四只腳走路，中午用兩只腳走路，傍晚用三只腳走路?！比绻慊卮鸩怀?，就會(huì)被它吃掉。它吃掉了很多人，直到英雄的少年俄狄浦斯給出謎底。第二十頁(yè)，共67頁(yè)。1DOF:毛毛蟲(4000muscles!)運(yùn)動(dòng)被限制在一個(gè)方向2DOF抬腿，向前擺動(dòng)3DOF:最常見的一種4DOF:踝關(guān)節(jié)+移動(dòng)能力-復(fù)雜性第二十一頁(yè)，共67頁(yè)。步態(tài)：

theparticularwayarobot(oraleggedanimal)moves,includingtheorderinwhichitliftsandlowersitslegsandplacesitsfeetontheground.[Mataric,2003]基本要素腿的數(shù)量穩(wěn)定性次序性速度有效性魯棒性步態(tài)的數(shù)目依賴于腿的數(shù)目:

N=(2k-1)!第二十二頁(yè)，共67頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)吸c(diǎn)接觸地面質(zhì)量較小不需要協(xié)調(diào)活力十足難點(diǎn):保持平衡，穩(wěn)定性執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步態(tài):抬起，放下第二十三頁(yè)，共67頁(yè)。步態(tài)：抬右腿放右腿抬左腿放左腿抬雙腿放雙腿平衡性：倒立擺系統(tǒng)第二十四頁(yè)，共67頁(yè)。自由度：38個(gè)身高：7kg高度：58cm五指手第二十五頁(yè)，共67頁(yè)。freefly!交互性前行奔跑靜止時(shí)靜態(tài)穩(wěn)定性行走時(shí)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性第二十六頁(yè)，共67頁(yè)。第二十七頁(yè)，共67頁(yè)。第二十八頁(yè)，共67頁(yè)。足球機(jī)器狗特點(diǎn)力矩大可后向驅(qū)動(dòng)重量輕第二十九頁(yè)，共67頁(yè)。東京理工學(xué)院重量:

19kg高度:0.25m自由度:4*3第三十頁(yè)，共67頁(yè)。“六腳步態(tài)”靜止 靜態(tài)穩(wěn)定性行走

靜態(tài)穩(wěn)定性昆蟲:

“最成功的運(yùn)動(dòng)生物”第三十一頁(yè)，共67頁(yè)。人類引導(dǎo)的六腿機(jī)器人最快速度:2.3m/s重量:3.2t高度:3m長(zhǎng)度:5.2m自由度:6*3砍伐機(jī)器人第三十二頁(yè)，共67頁(yè)。最快速度:0.5m/s重量:6kg高度:0.3m長(zhǎng)度:0.7m自由度:6*3功耗:10W第三十三頁(yè)，共67頁(yè)。自然界中存在不存在三條腿的生物？三條腿的機(jī)器人有沒有可能？目前有沒有三條腿的機(jī)器人？第三十四頁(yè)，共67頁(yè)。第二代STriDER的第一步第三十五頁(yè)，共67頁(yè)。仿生學(xué)：Biologicallymimicry模擬生物結(jié)構(gòu)進(jìn)行的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制方法設(shè)計(jì)生物啟發(fā)：BiologicallyInspired受生物運(yùn)動(dòng)規(guī)律，智能活動(dòng)規(guī)律啟發(fā)，進(jìn)行的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制方法的研究，所獲的結(jié)果是自然界中沒有的。第三十六頁(yè)，共67頁(yè)。沒有電機(jī)和電池，機(jī)器人能不能運(yùn)動(dòng)？第三十七頁(yè)，共67頁(yè)。PassiveWalking第三十八頁(yè)，共67頁(yè)。被動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)利用勢(shì)能示例

自然:飛行松鼠機(jī)器人：步行機(jī)器人主動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)外部能量轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)TadMcGeer’s

passivewalkingrobot第三十九頁(yè)，共67頁(yè)。穩(wěn)定性簡(jiǎn)化控制方法魯棒性從失敗中恢復(fù)穿越不同的地形提高前進(jìn)速度節(jié)省能量第四十頁(yè)，共67頁(yè)。多個(gè)與地面之間的接觸點(diǎn)腿式>=4輪式>=3使得重心在支撐范圍內(nèi)魯棒性增強(qiáng)，控制簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)速度較慢能量效率較低第四十一頁(yè)，共67頁(yè)。腿式高度的機(jī)動(dòng)性高低不平的地面機(jī)械機(jī)構(gòu)的復(fù)雜度動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性重心的不斷變化輪式良好的機(jī)動(dòng)性對(duì)地面的平整度要求較高靜態(tài)穩(wěn)定性較好第四十二頁(yè)，共67頁(yè)。它有特有的機(jī)械結(jié)構(gòu)；具有一定的形態(tài)它有自身的大腦；控制機(jī)器人的程序能夠完成一定的動(dòng)作；任何機(jī)器人都有一定的動(dòng)作表現(xiàn)第四十三頁(yè)，共67頁(yè)。確定機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域確定機(jī)器人的功能確定機(jī)器人的移動(dòng)方式確定機(jī)器人的組成結(jié)構(gòu)傳感器，操縱機(jī)構(gòu)確定機(jī)器人的控制結(jié)構(gòu)信息流圖，能量流圖確定機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)器人總裝與調(diào)試第四十四頁(yè)，共67頁(yè)。工業(yè)焊接機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人收割機(jī)器人服務(wù)業(yè)清掃機(jī)器人護(hù)理機(jī)器人第四十五頁(yè)，共67頁(yè)。記憶的功能思考的功能定位與規(guī)劃控制的功能與環(huán)境交互的功能感知的功能移動(dòng)的功能充電的功能第四十六頁(yè)，共67頁(yè)。機(jī)器人大腦——中央處理器與控制程序機(jī)器人感知——各種類型的傳感器機(jī)器人手腳——電機(jī)與操縱機(jī)構(gòu)機(jī)器人骨架——機(jī)械框架機(jī)器人食物——電池與充電設(shè)備第四十七頁(yè)，共67頁(yè)。

東京理化研究院研制的一款用于護(hù)理的機(jī)器人

2004年開始研制，2007年實(shí)現(xiàn)了基本功能。 能夠感知環(huán)境的氣味、聲音、障礙物，跟蹤人臉位置 抱起病人等。第四十八頁(yè)，共67頁(yè)。移動(dòng)的功能感知環(huán)境的功能抱起病人的功能控制的功能第四十九頁(yè)，共67頁(yè)。分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)視覺聽覺嗅覺語(yǔ)音底座觸覺

距離傳感器肘關(guān)節(jié)第五十頁(yè)，共67頁(yè)。在力傳感器表面覆蓋上柔軟的材料用于處理觸覺信息的集成電路第五十一頁(yè)，共67頁(yè)。特性

8×8（64點(diǎn)）個(gè)力傳感器檢測(cè)面積：大約1cm2

測(cè)量范圍：0～90kPa分辨率：0.41kPa掃描輸出五個(gè)部分第五十二頁(yè)，共67頁(yè)。★響應(yīng)速度快第五十三頁(yè)，共67頁(yè)。人臉跟蹤第五十四頁(yè)，共67頁(yè)。第五十五頁(yè)，共67頁(yè)?；诼曇舻亩ㄎ桓鶕?jù)聲音到達(dá)左右兩耳的時(shí)間間隔可以判斷出聲音的方向RLdθθmRLdθθm第五十六頁(yè)，共67頁(yè)。第五十七頁(yè)，共67頁(yè)。WaterUrine氣體傳感器CPU8.5cmUSBI/O可以辨別8種不同物質(zhì)的氣味.

酒精甲醇時(shí)間（s）第五十八頁(yè)，共67頁(yè)。第五十九頁(yè)，共67頁(yè)。帶有19個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)觸覺傳感器肩關(guān)節(jié)類人結(jié)構(gòu)

兩輪差動(dòng)驅(qū)動(dòng)柔軟的表面第六十頁(yè)，共67頁(yè)。直流電機(jī)35cmφ140φ120準(zhǔn)雙曲面齒輪準(zhǔn)雙曲面齒輪

第六十一頁(yè)，共67頁(yè)。雙電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)★體積小，力量大第六十二頁(yè)，共67頁(yè)。第六十三頁(yè)，共67頁(yè)。C-Chip第六十四頁(yè)，共67頁(yè)。視覺聽覺嗅覺大腦皮層規(guī)劃小腦運(yùn)動(dòng)控制觸覺肌肉麥克風(fēng)嗅覺傳感器CCD攝像機(jī)No.1控制器(RT-Linux)上位機(jī)(Windows2000)

共享內(nèi)存RI-MAN人共享內(nèi)存‥‥‥No.2No.10電機(jī)控制芯片觸覺處理芯片No.1No.5‥‥層次化的分散網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)第六十五頁(yè)，共67頁(yè)。直流5V電源線開關(guān)機(jī)信號(hào)線直流24電源線處理芯片D驅(qū)動(dòng)器M電機(jī)信號(hào)線H共享內(nèi)存皮膚傳感器DDDDDDDD