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机器人的受控柔性运动方法
Stephen J. Buckley
麻省理工学院人工智能实验室
正文:
绪论
本文介绍了一种新型的高级机器人编程系统。该编程系统可用于机器人沿着工作环境中的障碍进行复杂移动时的控制。之所以我们说该编程系统高级是因为,用户节可以省下许多比如:环境测试的规范、移动终止的条件、柔度参数等可由机器人完成的琐碎事务。取而代之的是,用户的工作是确定机器人的几何模型和其工作的环境。用户同时也可以要求机器人以某种运动方式工作。
绪论的结构大致如下:,我们将通过一个例子来介绍编程系统可解决的问题类型。随后,。。。。。
实例
在这里,我们通过一个例子来介绍编程系统可解决的问题类型。因此,我们选择了一个编程系统可解决的,并且不需要用户指定工作的例子来使大家的头脑中形成初步的概念。
,障碍物如图所示包括了一个孔及相连的槽。首先,T形零件将被插入孔中。然后,T形零件的轴滑入毗连的槽中。我们假设,机器人可以在三维的空间中平移,但不发生旋转。
由于不确定因素的影响,寻找这个问题答案的方法比较复杂。例如:在机器人定位和力量传感上有不确定性,同样的,在控制定位和机器人速度上也有不确定性。这些不确定性都是在实际操作中出现的十分典型的。我们的编程系统要求上述不确定性是有界的。该界限代表成功完成工作所可以接受的最坏情况。
在机器人上任意选择r作为参考点。考虑在T形零件和障碍物不产生碰撞的情况下r的取点范围。障碍物的每个面都对r的自由运动产生约束。。该约束包括两个连续的孔。第一个孔可被从水平面方向插入,而水平面代表了由障碍物的顶面产生的约束。第一个孔代表了当T形零件嵌入障碍物的孔中时的约束。第二个孔取决于第一个孔底部的空腔大小。而该空腔代表了在T形零件整体嵌入障碍物的孔中时所额外起到的作用。第二个孔表示在T形零件滑入障碍物槽时轴上的约束。同时我们注意到,在T形零件的嵌入过程中,机械臂的几何形状不带来任何的约束。
。该表象被称为“位形空间表象”[Arnold 1978, Udupa 1977, LozanoPérez 1983a]。在新的表象中,我们可以把机器人假想为点r。
假设给定编程系统一个几何任务的位形空间的模式。首先,T形零件与障碍物的顶端相接触,横向地与孔对准。。。编程系统计算出在无传感束缚和控制误差的情况下,T形零件从初始位置到目标位置的运动方法。编程系统将返回包括一系列二次命令的柔性运动的方法。。图中黑色的多边形包涵了一系列命令目标点。机器人可对准黑色多边形中的任意一点。编程系统通过控制运动使机器人在第一个孔的表面上运动和停止,如图所示,T形零件和孔表面的摩擦会导致机器人在孔表面停住。黑色多边形在考虑到可能的轨迹误差所需的停止区域之后并且更窄。随后,在第二次受控运动时,停止区域变为开始区域。