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Bsport体育致梦想野生钢铁侠的机械臂学习小锦囊

2023-10-10 阅读次数:

  Bsport体育机械臂是指高精度,多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性,已在工业装配、安全防爆等领域得到广泛应用。机械臂是一个复杂系统,存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性。因而机械臂的建模模型也存在着不确定性,对于不同的任务,需要规划机械臂关节空间的运动轨迹,从而级联构成末端位姿。

  不确定性主要分为两种主要类型:结构(structured)不确定性和非结构(unstructured)不确定性,非结构不确定性主要是由于测量噪声、外界干扰及计算中的采样时滞和舍入误差等非被控对象自身因素所引起的不确定性。结构不确定性和建模模型本身有关,可分为

  ①参数不确定性如负载质量、连杆质量、长度及连杆质心等参数未知或部分已知。

  ②未建模动态高频未建模动态,如执行器动态或结构振动等;低频未建模动态,如动/静摩擦力等。

  模型不确定性给机械臂轨迹跟踪的实现带来影响,同时部分控制算法受限于一定的不确定性。应用于机械臂控制系统的设计方法主要包括PID控制、自适应控制和鲁棒控制等,然而由于它们自身所存在的缺陷,促使其与神经网络、模糊控制等算法相结合,一些新的控制方法也在涌现,很多算法是彼此结合在一起的。

  随着机器人技术的发展,应用高速度、高精度、高负载自重比的机器人结构受到工业和航空航天领域的关注。由于运动过程中关节和连杆的柔性效应的增加,使结构发生变形从而使任务执行的精度降低。所以,机器人机械臂结构柔性特征必须予以考虑,实现柔性机械臂高精度有效控制也必须考虑系统动力学特性。柔性机械臂是一个非常复杂的动力学系统,其动力学方程具有非线性、强耦合、实变等特点。而进行柔性臂动力学问题的研究,其模型的建立是极其重要的。柔性机械臂不仅是一个刚柔耦合的非线性系统,而且也是系统动力学特性与控制特性相互耦合即机电耦合的非线性系统。动力学建模的目的是为控制系统描述及控制器设计提供依据。一般控制系统的描述(包括时域的状态空间描述和频域的传递函数描述)与传感器/执行器的定位,从执行器到传感器的信息传递以及机械臂的动力学特性密切相关。

  1、学习基础知识:通过阅读相关教材、在线课程或参加培训班来学习机械臂的基本原理和工作方式。学习机械和电子领域的基础知识,包括力学、控制理论、电路原理和编程等。

  2、掌握编程技能:学习一种或多种编程语言,如Python、C++等,这些语言在机械臂和无人机领域非常常用。了解控制机械臂和无人机所需的编程概念,如逆运动学、PID控制等。尝试编写简单的控制程序并验证其有效性。

  3、学习相关技术:研究机械臂和无人机的传感器技术,如惯性测量单元(IMU)、摄像头、激光雷达等。了解它们的原理和使用方法。学习机械臂和无人机的运动规划和导航算法,包括路径规划、避障和定位等。尝试使用传感器获取数据,并尝试实现简单的自主导航或运动规划功能。

  4、实践项目:使用开源硬件平台,如Arduino、Raspberry Pi等,搭建一个简单的机械臂或无人机。编写控制程序,使机械臂能够执行基本的动作,或让无人机实现起飞、悬停和降落等基本功能。逐步增加项目的复杂性,尝试实现更高级的功能,如物体抓取、路径规划或图像识别等。

  5、学习资源和社区:利用互联网上的教程、视频和开源项目来学习。例如,可以参考GitHub上的开源机械臂和无人机项目。参与相关的论坛、社区或线上平台,与其他爱好者和专业人士交流经验和解决问题。持续学习和实践: 跟踪机械臂和无人机领域的最新研究和技术进展。参加相关的培训、研讨会或会议,拓宽自己的知识和技能。

  关节:机械臂通常由多个关节连接而成,关节是连接两个相邻部分的旋转或移动点。例如,人的手臂有肩关节、肘关节和腕关节。

  末端执行器:机械臂的末端通常配备执行器,用于完成特定任务,如抓取、搬运或操作。末端执行器可以是夹具、工具或其他装置。

  运动学:机械臂的运动学研究如何描述和计算机械臂的位置、速度和加速度。它涉及到逆运动学(根据末端位置计算关节角度)和正运动学(根据关节角度计算末端位置)等概念。

  机械臂例子:假设你有一个三自由度(3-DOF)的机械臂,它有两个旋转关节和一个直线关节。通过给定关节角度,可以使用正运动学计算出机械臂末端的位置坐标。如果你希望机械臂末端从一个位置移动到另一个位置,你可以使用逆运动学来计算出每个关节所需的角度。

  ROS(机器人操作系统): ROS是一个广泛应用于机器人领域的开源框架,提供了一套工具和库,用于构建机器人应用程序。通过ROS,你可以编写节点(Node)来控制机械臂和无人机的运动、感知和决策等功能。一个实践的例子是使用ROS控制机械臂,你可以使用MoveIt!包来实现逆运动学和路径规划功能,使机械臂能够自主执行任务。

  OpenRAVE:OpenRAVE是一个开源的机器人仿真和规划环境,适用于机械臂控制和规划的研究与开发。你可以使用OpenRAVE来构建机械臂模型、进行逆运动学和碰撞检测等。OpenRAVE提供了Python API,你可以编写Python脚本来控制机械臂的运动,并进行仿真和规划。

  逆运动学:逆运动学是计算机械臂关节角度,以实现末端位置和姿态的技术。它包括解决多个关节同时运动时的约束和优化问题。

  路径规划:路径规划是在机械臂的工作空间内,确定机械臂末端如何移动到目标位置的技术。它涉及选择适当的轨迹和避开障碍物。

  物体抓取:物体抓取是机械臂将末端执行器移动到物置并紧密握住物体的技术。它涉及姿态规划、力控制和传感器反馈等方面。

  机械臂技术例子:假设你正在学习机械臂的路径规划。你可以使用ROS框架和MoveIt!软件包来实践路径规划算法。通过定义机械臂的起始点和目标点,你可以使用MoveIt!提供的路径规划算法,计算出机械臂末端的运动轨迹,并在仿真或实际机器人上验证该算法的有效性。

  在实践项目方面,以下是一些开源项目示例,可以帮助你深入了解机械臂和无人机的应用和实践:

  项目说明:MoveIt!是一个用于机械臂操控和规划的开源软件包,基于ROS。它提供了逆运动学、路径规划和碰撞检测等功能,使机械臂能够进行复杂的操控任务。你可以使用MoveIt!来控制实际的机械臂或在仿真环境中进行测试和验证。

  项目说明:ROS Industrial是ROS的一个扩展,专注于工业机器人应用。它提供了与机械臂和无人机的协同合作相关的工具和功能包。你可以使用ROS Industrial来实现机械臂和无人机之间的协同操作,如机械臂抓取物体并交给无人机进行运输和放置。这些开源项目提供了丰富的文档、示例代码和社区支持,可以帮助你开始实践项目。你可以访问它们的官方网站,了解更多关于安装、使用和实践的信息。

  柔性机械臂:传统机械臂通常由刚性连接件组成,而柔性机械臂则采用柔性材料或结构,使机械臂能够在多个轴向上弯曲和变形。柔性机械臂具有更好的适应性和安全性,可用于狭小空间内的操作和与人类共同工作的场景。

  协作机械臂:协作机械臂旨在与人类操作员或其他机器人协同工作。这些机械臂具备感知、规划和控制能力,能够与人类共享工作空间,实现安全高效的协同操作。

  自主学习和自适应控制:自主学习和自适应控制技术使机械臂能够通过与环境交互和数据反馈来优化自身控制策略。这种技术能够提高机械臂在复杂和不确定环境中的任务执行能力。

  视觉引导和感知:视觉引导和感知技术利用摄像头、深度传感器和图像处理算法,使机械臂能够感知和理解环境中的目标物体、位置和姿态,从而实现精准的操作和抓取。

  高精度和高速运动控制:高精度和高速运动控制技术使机械臂能够以更精确和快速的方式执行任务。这涉及到先进的运动规划算法、传感器融合和实时控制策略。

  人机交互和自然语言接口:人机交互和自然语言接口技术使机械臂能够通过语音、手势或其他形式与人类操作员进行直接沟通和指令交互。这提高了机械臂的易用性和智能化水平。

  这些最新的研究技术在不同领域中得到了广泛应用,包括制造业、医疗、服务机器人、农业和航空航天等。