电子科技大学：《智能机器人原理及实践》课程教学资源（讲稿）04 羽毛球机器人运动控制系统设计

电子神越女学 智能机器人原理与实践 运动控制系统设计 骆德渊博士、教投 电子科技大学机械与电气工程学院副院长 电子科技大学机器人队总教练

运动控制系统设计

德仓创机器人 Dechuang Robot 4.羽毛球机器人运动控制系统设计 机器人运动控制系统就是控制执行部件按照既定任务、流程沿着一定的路径或目标运动，完成预期的任务。主要包 括执行器及其驱动系统、运动控制模型、运动控制算法。 多自由度 点到点 加减速 运动复杂 智能控制 连续轨迹 控制 特点 控制 方式 运算量大 重复精度 力及力矩 高 控制 速度控制

4.羽毛球机器人运动控制系统设计 3 机器人运动控制系统就是控制执行部件按照既定任务、流程沿着一定的路径或目标运动，完成预期的任务。主要包 括执行器及其驱动系统、运动控制模型、运动控制算法。 特点 多自由度 运动复杂 重复精度 高 运算量大 加减速 控制 控制 方式 点到点 连续轨迹 速度控制 力及力矩 控制 智能控制

德仓创机器人 Dechuang Robot 4.羽毛球机器人运动控制系统设计 机器人结问部分 松制阳计算视 什开机门 蠹 集中 操作位制 拉 存销装宣 控制 秋处年 驱动 系统 控制系 示教盒 统结构 集中控制方式的构成框图 分布式 主从 运动控 运动控 嵌入式 控制 控制 制算法 制系统 运动控 制器 马的图图国国回 运动控 制模型 产路 CRT 家行 漫2 型单 主从控制方式的构成框图 分散控制方式的控制框图

4.羽毛球机器人运动控制系统设计 4 运动控 制系统 驱动 系统 嵌入式 运动控 制器 运动控 制模型 运动控 制算法 控制系 统结构 集中 控制 主从 控制 分布式 控制 集中控制方式的构成框图 主从控制方式的构成框图 分散控制方式的控制框图

”0 德仓创机器人 Dechuang Robot 4.羽毛球机器人运动控制系统设计 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统 刚度 直线驱动包括直角坐标机构的X、Y、Z向驱动，圆柱坐 柔性 直线 标结构的径向驱动和垂直升降驱动，球坐标结构的径 驱动 向伸缩驱动。 ·直线运动可直接由气缸或液压缸和活塞产生，也可以 驱动系 驱动 由齿轮齿条、丝杠、螺母等传动方式把旋转运动转换 统性能 成直线运动。 功率 方式 密度 旋转运动由普通电机和伺服电机直接产生，因输出 旋转 力矩小，转速高，需各种传动装置把较高的转速转 步进机比伺服电机重，其功率一重量比低 驱动 换成较低的转速，并获得较大的力矩。齿轮链、同 步皮带和谐波齿轮可实现运动的传递和转换。 电机的电压越高，功率-重量比越高 直线液压缸或气缸需要用转换机构把直线运动转换 气动功率-重量比最低 成旋转运动。 而液压系统具有最高的功率-重量比 5

4.羽毛球机器人运动控制系统设计 5 驱动系 统性能 刚度 柔性 重量 功率 密度 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统 驱动 方式 直线 驱动 旋转 • 步进机比伺服电机重，其功率-重量比低 驱动 • 电机的电压越高，功率-重量比越高 • 气动功率-重量比最低 • 而液压系统具有最高的功率-重量比 • 直线驱动包括直角坐标机构的X、Y、Z向驱动,圆柱坐 标结构的径向驱动和垂直升降驱动,球坐标结构的径 向伸缩驱动。 • 直线运动可直接由气缸或液压缸和活塞产生，也可以 由齿轮齿条、丝杠、螺母等传动方式把旋转运动转换 成直线运动。 • 旋转运动由普通电机和伺服电机直接产生，因输出 力矩小，转速高，需各种传动装置把较高的转速转 换成较低的转速，并获得较大的力矩。齿轮链、同 步皮带和谐波齿轮可实现运动的传递和转换。 • 直线液压缸或气缸需要用转换机构把直线运动转换 成旋转运动

90 德仓创机器人 Dechuang Robot 4.羽毛球机器人运动控制系统设计 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统一液压驱动 液压源 伺服阀 目标值 控制器 伺服放大器 控制器 驱动器 H 液压伺 液压源 服系统 回油口 位置传感器 载荷 传感器 伺服阀 油压驱动器 输出功率很大 6

4.羽毛球机器人运动控制系统设计 6 液压伺 服系统 液压源 驱动器 传感器 伺服阀 控制器 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统---液压驱动 输出功率很大

德仓创机器人 Dechuang Robot 4.羽毛球机器人运动控制系统设计 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统一液压驱动 电液伺服系统 电液伺服阀 电液伺服系统通过电气传动方式，将电气信号输入 系统来操纵有关的液压控制元件动作，控制液压执 行元件，使其跟随输入信号而动作，电液两部分都 采用电液伺服阀作为转换元件。 ☒w 9/心 回油进油 1-永久磁铁2、4-导磁体3-衔铁5-挡板6-喷嘴7-固定节流孔8-滤油器 1一电放大器2一电液同服阀3一液压缸4一机械手手臂5一齿轮齿条机构6一电位器7一步进电机 9-沿阀10-阀体11-反馈弹簧杆12-弹簧管13-线圈

4.羽毛球机器人运动控制系统设计 7 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统---液压驱动 电液伺服系统 电液伺服系统通过电气传动方式，将电气信号输入 系统来操纵有关的液压控制元件动作，控制液压执 行元件，使其跟随输入信号而动作，电液两部分都 采用电液伺服阀作为转换元件。 电液伺服阀

德仓创机器人 Dechuang Robot 4.羽毛球机器人运动控制系统设计 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统一液压驱动 电液比例阀 电液比例溢流阀 电液比例阀是一种按输入电气信号连续地、按比例地对 油液的压力、流量或方向进行远距离控制的阀，分为电 液比例压力阀（如比例溢流阀、比例减压阀等）、电液 比例流量阀（如比例调速阀)和电液比例方向阀（如比 例换向阀)三大类。 92 10 电 比例电磁铁 a)结构图 b》符号 1阀座2-先导维阁3-犯铁4-衔铁5-弹簧6-推杆7线阁：8-弹簧9-先导阀 先导型比例溢流阀的工作象理简图 1一轭铁2-线圈3一限位环4一隔磁环5一壳体6一内盖7一盖 8一调节螺钉9一弹簧10一衔铁11一（隔磁）支承环12一导向套

4.羽毛球机器人运动控制系统设计 8 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统---液压驱动 电液比例阀 电液比例阀是一种按输入电气信号连续地、按比例地对 油液的压力、流量或方向进行远距离控制的阀，分为电 液比例压力阀（如比例溢流阀、比例减压阀等）、电液 比例流量阀（如比例调速阀）和电液比例方向阀（如比 例换向阀）三大类。 电液比例溢流阀 比 例 电 磁 铁

90 德仓创机器人 Dechuang Robot 4.羽毛球机器人运动控制系统设计 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统一液压驱动 电液比例方向节流阀 摆动缸 位移传感器 阀 阀体 0 M B P T 比例电磁铁 T A PB D( 6 T 带位移传感器的直动型比例方向节流阀

4.羽毛球机器人运动控制系统设计 9 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统---液压驱动 电液比例方向节流阀 摆动缸

90 德仓创机器人 Dechuang Robot 4.羽毛球机器人运动控制系统设计 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统一气压驱动 分水滤气器减压斜油雾器行程阀换向阀 冷却器 油水分离器钻气装 一原材料 气 量 气缸 动剪刀 究气压缩机 结构原理图 辅助 气压 驱动 执行 执行 元件 系统 元件 元件 行程阀 减出阀 w 油水 控制 气动 冷却器分离器储气胡 了换向 工作原理图 油雾器 元件 马达 山 空气压缩机 10

4.羽毛球机器人运动控制系统设计 10 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统---气压驱动 气压 驱动 系统 气压 装置 执行 元件 控制 元件 辅助 元件 执行 元件 气缸 气动 马达

德仓创机器人 Dechuang Robot 4.羽毛球机器人运动控制系统设计 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统-电气驱动 转速高 短期 启动 位置控制 速度控制 转矩控制 过载 转矩大 位置指 位置比较P 限制电路 速度比较P 加减速 线性控 P 功率放人 电动机单元 机械传动 驱动 制性能 D 电机 -9 D 频繁 调速范 限量给定 速度环 检测 启停 围宽 位置环 机构 轴向 功率密 尺寸短 度高 11

4.羽毛球机器人运动控制系统设计 11 羽毛球机器人运动控制系统：驱动系统---电气驱动 驱动 电机 转速高 启动 转矩大 线性控 制性能 调速范 围宽 功率密 度高 轴向 尺寸短 频繁 启停 加减速 短期 过载