扫地机器人系统，主要划分为哪几个模块
扫地机器人逐渐走入千家万户，为我们的家居生活带来了极大的便利，一句话就能“吩咐”扫地机器人完成扫地甚至拖地的工作。别看扫地机器人个头很小，它的身上可谓是集合了众多的科技创新，涉及到机械、电子、控制、机器人甚至人工智能等多个学科领域，多种科技协同才能完成看似简单的清洁工作。下面让我们一起来了解一下扫地机器人身上的高科技吧。
扫地机器人又称为智能吸尘器或机器人吸尘器，其系统可以分为四个模块，分别是移动模块、感知模块、控制模块和吸尘模块。它多是利用毛刷并辅助吸尘来进行清扫。内部装置有集尘盒，将清扫的尘土和垃圾收集起来。随着技术的成熟，后来的扫地机器人身上还可以安装清洁布，在完成吸尘与清除垃圾后对地面进行进一步地清洁。
机器人身上搭载着各种测距仪与传感器，这是机器人能够感知外界环境、并能及时做出最优决策的基础。超声波传感器可以持续向外发射超声波信号，接收器利用遇到障碍物时反射回来的信号判断前方障碍物的大小和距离。红外测距传感器发射的是红外信号，利用反射回的红外信号的强度也可判断出障碍物的距离。接触式传感器可以分为电感式、电容式、电位器式和霍尔式位移传感器，可以对空间的大小以及桌椅等的高度进行测量，以防止扫地机器人钻入下面后出不来情况的发生。防碰撞传感器可以通过光电开关实现，在碰撞过后及时做出反应。防跌落传感器一般置于扫地机器人下方，多是利用超声波测距来感知前方地面高度，防止在楼梯上跌落。
除此之外，扫地机器人中还有常用的如防过热传感器、集尘盒满检测传感器以及电子罗盘和陀螺仪等传感器。这些传感器担负起机器人的眼睛、耳朵等功能，对周围环境以及自身模块做到了如指掌，从而能正常地工作。
扫地机器人中另一大关键技术就是其路径规划技术。路径规划的好坏决定了扫地机器人工作的效率。合理选择沿边清扫、集中清扫、随机清扫和直线清扫等多种路径清扫方案，能够遍历所有的清扫区域并对较脏的区域适当多次清扫，是扫地机器人的基本功。最早的扫地机器人采用的是随机碰撞的模式，依据其搭载的传感器，通过多次的碰撞选择出合适的路径。这种方式效率比较低。随着技术的发展，更为准确、高效的路径规划模式应运而生。
激光测距式导航是利用机器人顶端搭载的可旋转激光发射器进行激光测距生成室内地图，弄清楚墙壁以及家具的位置，在此基础上进行路径的规划。首先，我们需要在屋里建立起一个固定点的信号发射装置，机器人可以通过这一基准点进行定位，再通过碰撞的方式建立起室内地图，以方便清扫。图像式测算导航系统首先利用顶部的摄像头对全屋进行巡航扫描，结合红外传感器实现对屋内环境的精确建模，在此基础上进行导航和路径规划。
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【机器人】机械臂控制入门技术栈分享
机械臂控制入门技术栈分享1.前言2.机器人控制入门技术栈2.1.空间描述和变化2.2.运动学分析2.3.动力学建模2.4.控制入门学习3.进阶部分3.1.机器人参数辨识3.2.非线性控制3.3.现代机器人描述方法：指数坐标4.总结1.前言今天看到CSDN上有个分享个人技术栈的活动，虽然我不是一个正规的程序员，也不搞前端、后端这些，但我一直在CSDN上通过写博客对我的学习进行总结，于是我突发奇想，不如我也写一下我的个人技术栈，针对机械臂控制入门的，因为我水平也不高，所以本文内容也许不够饱满，也不够准确，但是本文所提及的技术都是我现在正在学习的，希望能与大家一起分享。
2.机器人控制入门技术栈在学习机械臂的控制之前，需要对机器人的基础知识有所掌握，这一部分可以通过阅读一些书籍来获得整体框架，然后再通过阅读论文来学习具体应用和改进。这一部分我主要使用的书籍有两本：
CraigJJ.Introductiontorobotics:mechanicsandcontrol,3/E[M].PearsonEducationIndia,2009.该书也有中文版《机器人学导论》CorkeP.Robotics,visionandcontrol:fundamentalalgorithmsinMATLAB®second,completelyrevised[M].Springer,2017.该书也有中文版《机器人学、机器视觉与控制――MATLAB算法基础》LynchKM,ParkFC.ModernRobotics[M].CambridgeUniversityPress,2017.该书也有中文版《现代机器人学》2.1.空间描述和变化掌握对空间的描述以及空间变化是基础中的基础，因为在进行机器人建模、控制等，都需要在空间中对机器人进行描述，比如各个关节之间的位置关系、末端执行器的位姿描述、轨迹规划等。这一部分可以在阅读书籍的时候，配合使用Matlab等仿真平台进行仿真，建立直观印象。
需要重点学习：
不同坐标系之间的变换方式以及顺序平移变换多种对旋转变换的描述，如欧拉角、四元数、旋量等旋转矩阵的建立及其性质这一部分掌握之后便可进入下一部分学习。
2.2.运动学分析运动学，顾名思义，是对机器人运动的描述方法，即关节角度、位姿、速度，不涉及力学、加速度等。运动学可以分为正运动学、逆运动学和微分运动学：
正运动学：已知关节角度，推导出末端执行器位姿逆运动学：已知末端执行器位姿，计算出各个关节角度微分运动学：建立速度雅可比矩阵，描述末端执行器速度和各个关节速度关系运动学能够用来进行轨迹规划等操作。
2.3.动力学建模为了实现机械臂的高精度控制，学习动力学建模是非常有必要的。动力学即分析机械臂力与运动的关系，分为：
逆动力学：已知关节角速度和角加速度，求关节力矩正动力学：已知关节力矩，求出关节角速度和角加速度动力学建模有很多种方法，可以根据自己的实际需要来进行选择，这里我就例举三个我比较熟悉的建模方法：
牛顿欧拉法：清晰明了，物理意义明确，便于理解，但是当关节数较多时，推导过程比较负责繁琐拉格朗日法：引入能量，建模要稍微简单一点点，但是会出现很多微分运算凯恩方法：该方法也是我导师主要使用的方法，基于达朗贝尔原理和虚功原理，感觉对多关节机械臂建模时，比较清晰明了，而且适合计算机编程如果对动力学建模过程有点不明白，还可以去简单学习一些理论力学知识。如果研究更加深入，需要考虑电机和减速器等伺服驱动模型时，则还需要对同步电机、直流电机进行学习。
2.4.控制入门学习因为我本人本科是学自动化的，所以对自动控制理论比较熟悉，对于刚入门的朋友，可以直接上手学习PID控制，因为PID控制是基于误差而不是基于模型，比较简单实用，也是现在应用最广泛的控制方法，明白它的流程，如果有不明白的地方，再针对这一部分学习相应的控制理论。然后就是看书看例程看论文，自己搭建仿真平台实现一些简单的机械臂控制。
3.进阶部分进阶部分也是我现在正在研究学习的地方，所以可能写的不是很全面，仅供参考。
3.1.机器人参数辨识机器人参数常常会因为制造工艺等原因产生一定的误差，为了能够使模型更加精准，需要对模型参数进行辨识、标定，这里一般用到的知识有最小二乘法、观测器、卡尔曼滤波等，可以根据自己的实际需求进行学习，我用的比较多的就是最小二乘法。
3.2.非线性控制机器人作为一个非线性、强耦合系统，学习非线性控制也是很有必要的，我用的比较多的就是滑模控制，非线性控制都是基于模型的控制，因此可以和参数辨识结合起来使用。
3.3.现代机器人描述方法：指数坐标关于这一部分可以参考我之前的博客，我反正是觉得指数坐标比DH参数更加实用。
4.总结第一次写技术栈类的文章，可能有点乱，希望大家多多包涵。我从去年10月做毕业设计开始，便按照上述的技术栈路线进行的机械臂学习，获得了校级优秀毕业论文三等奖，现在也是准研究生状态，正在对指数坐标和参数辨识进行学习，希望这篇文章能够帮助到刚入门学习机器人的朋友，也希望自己能够不忘初心，未来三年努力冲！
机器人的控制器由哪些组成，它是如何实现控制的
（文章来源：中国智能化网）
系统是工业机器人的重要组成部分，它的作用相当于人脑。拥有一个功能完善、灵敏可靠的控制系统是工业机器人与设备协调动作、共同完成作业任务的关键。工业机器人的控制系统一般由对其自身运动的控制和工业机器人与周边设备的协调控制两部分组成。
1．工业机器人控制系统的特点，机器人从结构上讲属于一个空间开链机构，其中各个关节的运动是独立的，为了实现末端点的运动轨迹，需要多关节的运动协调，其控制系统较普通的控制系统要复杂得多。
机器人控制系统的特点如下：机器人的控制是与机构运动学和动力学密切相关的。在各种坐标下都可以对机器人手足的状态进行描述，应根据具体的需要对参考坐标系进行选择，并要做适当的坐标变换。经常需要正向运动学和反向运动学的解，除此之外还需要考虑惯性力、外力（包括重力）和向心力的影响。
即使是一个较简单的机器人，也至少需要3～5个自由度，比较复杂的机器人则需要十几个甚至几十个自由度。每一个自由度一般都包含一个伺服机构，它们必须协调起来，组成一个多变量控制系统。由计算机来实现多个独立的伺服系统的协调控制和使机器人按照人的意志行动，甚至赋予机器人一定“智能”的任务。所以，机器人控制系统一定是一个计算机控制系统。同时，计算机软件担负着艰巨的任务。
由于描述机器人状态和运动的是一个非线性数学模型，随着状态的改变和外力的变化，其参数也随之变化，并且各变量之间还存在耦合。所以，只使用位置闭环是不够的，还必须要采用速度甚至加速度闭环。系统中经常使用重力补偿、前馈、解耦或自适应控制等方法。
由于机器人的动作往往可以通过不同的方式和路径来完成，所以存在一个“最优”的问题。对于较高级的机器人可采用人工智能的方法，利用计算机建立庞大的信息库，借助信息库进行控制、决策、管理和操作。
根据传感器和模式识别的方法获得对象及环境的工况，按照给定的指标要求，自动地选择最佳的控制规律。综上所述，机器人的控制系统是一个与运动学和动力学原理密切相关的、有耦合的、非线性的多变量控制系统。因为其具有的特殊性，所以经典控制理论和现代控制理论都不能照搬使用。到目前为止，机器人控制理论还不够完整和系统。
2．工业机器人控制系统的主要功能，工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等项目工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等项目的控制是工业机器人控制系统的主要任务，其中有些项目的控制是非常复杂的。
示教再现功能。示教再现功能是指控制系统可以通过示教盒或手把手进行示教，将动作顺序、运动速度、位置等信息用一定的方法预先教给工业机器人，由工业机器人的记忆装置将所教的操作过程自动地记录在存储器中，当需要再现操作时，重放存储器中存储的内容即可。如需更改操作内容时，只需重新示教一遍。运动控制功能。运动控制功能是指对工业机器人末端操作器的位姿、速度、加速度等项目的控制。
3．控制系统的组成，工业机器人的控制系统由相应的硬件和软件组成。硬件主要包括以下几部分：传感装置可分为内部传感器和外部传感器。其中前者是用来感知其自身的状态的，其作用是对工业机器人各关节的位置、速度和加速度等进行检测；后者是用感知工作环境和工作对象状态的，外部传感器包括视觉、力觉、触觉、听觉、滑觉等传感器。
控制装置一般由一台微型或小型计算机及相应的接口组成。其作用是用来对各种感觉信息进行处理，执行控制软件，并产生控制指令。关节伺服驱动部分。这部分的主要作用是以控制装置的指令为依据，按作业任务的要求驱动各关节运动。控制软件由运动轨迹规划算法和关节伺服控制算法及相应的动作程序组成。它可以使用所有的编程语言编制，但工业机器人控制软件的主流是由通用语言模块化而编制形成的专用工业语言。
4．工业机器人控制系统各组成部分的名称和作用，控制计算机是控制系统的调度指挥机构，一般使用微型计算机或 微处理器。示教盒的作用是完成示教机器人工作轨迹、参数设定和所有的人机交互操作，它拥有独立的CPU以及存储单元，以串行通信方式与主计算机实现信息交互。操作面板由各种操作按键、状态指示灯构成，其功能是完成基本功能操作。
硬盘和软盘存储器等于存储机器人工作程序的存储器。数字和模拟量输入／输出。该部分的作用是实现各种状态和控制命令的输入或输出功能。打印机接口的作用是记录需要输出的各种信息。传感器接口是用于信息的自动检测，实现机器人柔顺控制，一般为力觉、触觉和视觉传感器。
轴控制器的作用是完成机器人各关节位置、速度和加速度的控制。辅助设备控制用来控制和机器人配合的辅助设备，如手爪变位器等。通信接口是用来实现机器人和其他设备的信息交换的，一般有串行接口、并行接口等。网络接口包括Ethernet接口和Fieldbus接口。
通过Ethernet接口可以实现多台或单台机器人的直接PC通信，数据传输速率可达到10Mb／s，并可直接在PC上用Windows95或Windowsnt库函数进行应用程序编程之后，支持TCP／P通信协议，还可通过Ethernet接口将数据及程序装入各个机器人控制器中。Fieldbus接口支持多种流行的现场总线规格，如Devicenet、ABRemoteI／O、Interbus－s、profibus－DP、M－NET等。 （责任编辑：fqj）