1.はじめに
しばらく前に学ぶためのコースは - 産業用ロボット制御技術を高度、コースの内容は、制御理論の伝統的なものが、比較的広い範囲をカバーしていますが、私たちが学ぶことができる多くのことがまだあります。特に、ロボットの将来の方向性に従事したい人のために、それは特に重要です。最近、ちょうど私がブログのコラムを書くので、このフィールドの内容を教えたかったです。
2.背景
2.1産業用ロボットの開発の歴史
- 米国は1968年に最初のロボットから始まった日本ではロボット工学の現代の発祥の地です。それ以来、日本の産業ロボット技術は世界で最初にランク付け、追いつくと、米国を追い抜くと設置台の年間数は急速に急速に発展し、しています。過去20年間、日本は「ロボット王国」の状態を維持し続け、それが世界のロボットの約60％となっています
- アメリカが数（世界の約15％）に劣る日本のロボットよりも多くを持っていますが、その高い技術レベルが、いくつかの利点を得ることができます。
- ドイツ、米国ステーション行のロボットの数の後
- 1985年に私たちの国はすでに、いくつかの社会では1980年代後半に2つのテーマを専門の委員会のロボットを設定している、自動化の分野で設定状態863計画は、およそスマートロボットがあります。
典型的な産業用ロボットの制御対象として2.2基礎
- 1980年代後半に1970年代に始まり、人気のロボットやロボット制御の研究期間で、多くのロボット工学の雑誌や会議は、（ロボティクスIntenational会議として及びオートメーションは、米国で開催され、毎年の初めから87年である）がありました。
- 一方で、高性能高デマンド制御の追求をもたらし、その期間のロボットを開発する上で最も急速;一方、その時点での制御理論は基本的に現代制御理論として、最適制御、第二の重要な開発を完了しました、階層的な分散制御、大規模システムの適応制御、および調整、ロバスト制御は、基本的には理論的なシステムを確立するための作業を完了した、典型的な影響力のオブジェクトシステムを見つけるために緊急の必要性は、研究と実験的検証を適用します。
- 後のインテリジェントな制御技術、人工ニューラルネットワーク、ファジィ制御の開発と、遺伝的アルゴリズムはまた、ロボット制御に適用されている。全体的に、80年代後半にロボット制御70の研究は主にモデルに基づいて、理論的な結果に注意を払いますしかし、ほとんどのシミュレーションと実験結果を取得します。
- 複合体は、主に複雑で、一般的なロボット制御対象である：
-強い非線形性質（線形モデルの記載の低精度）
-強結合（単ループ制御方法のみ低速加速制御精度を有します）
-不確実なパラメータ、または（チャレンジモデルベース制御により）正確に得ることが困難である
とロボット・オブジェクトは、開鎖または閉鎖鎖の機械的手段の一種として、特定の表現を持っています。研究は、高度なロボットの将来の性能要件を満たすために、高性能ロボットの制御方法のために必要です。 - ビューの制御理論ポイント間の「ギャップ」がある、理論研究と理論的発展の実用化は、需要やドラッグ、複雑な実用的なアプリケーションオブジェクトの必要性を刺激するために適用する必要があります。制御理論研究ロボットの制御に関する研究が推進する上で役割を果たしありません。
- --baidu「産業用ロボット装置は、ワークは、独自の電源と機械制御各種機能を達成する能力の下で、自動的に行うことができ、当該技術分野における自由のマルチ度の産業用多関節ロボットの機械です」
2.3分類ロボット
現在、ロボットが表に記載されている次のカテゴリに分けることができます：
2.4列には、コンテンツに焦点を当てて
操作の研究機関や武器制御理論のための新たな規律が、伝統的な学問分野の包括的な理論ではありません。
1、空間を説明変換します
•机器人研究关注的空间物体包括：操作臂连杆、末端执行器、操作对象（零部件）等。
•对空间物体用位置和姿态表示其确定状态。
•为描述物体的位姿，需要设置参考系。
•任一坐标系都可以作为描述物体位姿的参考系。
•不同坐标系下的位姿描述可以相互变换。
2、操作臂正运动学
•运动学研究物体的运动，而不考虑引起这种运动的力。
•运动学研究位置、速度、加速度等操作臂运动的几何和时间特性。
•操作臂连杆由关节串接而成。关节有转动和平动两种，关节变量分别为关节角和关节偏距
•自由度：独立的关节变量数。
•基坐标系、工具坐标系。
•正运动学：根据关节变量计算工具坐标系（执行器位姿）。
3、操作臂逆运动学
•给定操作臂末端执行器的位置和姿态，计算对应的关节变量。这是操作臂实际应用中一个基本问题。
•对于开链机构，这是一个复杂的几何问题，会遇到无解（不能到达）或多解问题。
•逆运动学需要求解非线性方程经常没有解析解。
•早期操作臂用人工示教方式记录轨线上的关节变量，省却计算逆运动学关系。
4、速度、静力、奇异性
•前面运动学分析了静态定位问题，这里是速度分析。
•雅可比矩阵给出了从关节速度向笛卡尔空间作业端速度的变换。变换矩阵随操作臂位形不同而改变。
•在奇异位形上，雅可比矩阵不可逆，意味作业端某些速度不可实现。
•雅可比矩阵还可构成关节力矩与作业端对外界施加力/力矩之间的计算关系。
5、动力学
•主要研究产生运动所需要的驱动力。
•动力学方程将关节驱动力矩与路径的空间形式和瞬时特性、连杆和负载的质量特性以及关节摩擦等因素联系起来。
•理想情况下，控制操作臂沿期望路径运动的一种方法是：直接施加运用操作臂动力学方程求解的关节力矩。
•用于仿真。
6、轨迹生成
•将末端执行器的期望运动转化为相应的关节运动，以便实现关节驱动控制。
•一条路径的描述不仅需要确定期望目标，而且还需要确定一些中间点，要求操作臂必须顺序通过这些中间点以便躲避障碍物。
•有时用样条函数来表示一系列路径点的连续函数
7、操作臂设计与传感器
•从控制的角度考察操作臂的机械结构：
–活动范围（包括作业端的位置、朝向）及本体尺寸
–结构的刚性
–机械和控制精度（传动间隙、位置精度、位置重复精度等）
–静摩擦大小
–操作能力（驱动能力、承重比）
•专用操作臂用少的关节完成特定任务，通用操作臂的关节数至少为6。
•完善的操作臂设计还包括：驱动器、传动系统以及内部位置、力传感器等。
8、操作臂运动控制
•基于动力学模型的操作臂控制方法
•控制算法中使用操作臂的位置和速度的量测值，使用方式决定了是线性控制方法，还是非线性控制方法。
•前馈（或补偿）+误差反馈的主流控制结构。
•针对操作臂模型参数未知情况，需要考虑先进的控制技术。
•从“稳定区域”和“误差范围”两个方面比较典型控制方法的性能。
9、操作臂力控制
•运动控制侧重操作端沿给定路径的运动精度控制问题，未考虑操作端与外界环境的接触和作用。
•力控制的应用场合除搬运、各种工具机等，装配也是重要的方面。操作臂的位置控制精度并不高，而装配工艺要求高精度的位控制。因此，工业机器人需要具有力感觉和控制力和力矩的能力，才能弥补位置控制精度不足的缺点而完成装配任务。
•不仅要实现操作端的运动控制，同时还要实现操作端对被操作体的作用力控制，这是一个运动/力混合控制问题。