机器人动力学PPT课件.pptx

《机器人动力学》 机器人动力学是研究机器人运动与力矩之间动态关系的科学，它不仅涉及机器人在稳态下的运动学，还涵盖了机器人在动态过程中的行为。动力学方程能够描述机器人的动态性能，这包括了机器人的结构、质量分布、执行机构的位置以及传动装置等因素。 动力学分析的基础是微分运动与雅可比矩阵。雅可比矩阵是描述机器人关节坐标和末端执行器坐标之间关系的数学工具，它在动力学中用于求解关节力矩和末端执行器的速度之间的关系。 牛顿-欧拉运动方程是动力学分析的经典方法，它基于牛顿第二定律和欧拉方程，通过力和力矩的平衡来建立动力学模型。这种方程可以用来计算在关节驱动力矩作用下机器人的运动状态，包括位移、速度和加速度。 拉格朗日动力学则从能量的角度出发，通过系统的动能和势能差来建立动力学方程。这种方法能够简化复杂系统的动力学问题，提供更直观的物理意义。拉格朗日函数是系统总动能与总势能的差，而系统动能由每个连杆的动能（包括质心线速度动能和角速度动能）之和构成。 机器人动力学分为正问题和逆问题。动力学正问题是根据关节驱动力矩计算机器人的运动状态，而逆问题则是在已知运动轨迹的情况下，求解所需的关节力矩。在不考虑控制装置的影响时，机器人动力方程是一组耦合的非线性二阶微分方程。 机器人动力学的研究具有多方面的重要性。在机器人设计阶段，动力学模型用于确定结构参数和传动方案的合理性，进行动态仿真以验证设计的可行性。在离线编程中，动力学模型帮助预测高速运动下的动载荷和路径偏差，以便进行路径控制和动态模型的仿真。 静态分析是动力学的一部分，主要研究机器人静止或缓慢运动时，尤其是与环境接触时，各关节力矩与接触力的关系。而动力学正问题则关注在关节力矩作用下机器人手臂的动态响应，通过牛顿-欧拉法或拉格朗日法建立动力学方程。 机器人动力学是机器人技术中的核心部分，它通过数学模型和分析方法揭示了机器人运动的本质，为机器人的设计、控制和仿真提供了理论基础。