第九章 静态力主要探讨了机器人在静止状态下的力学问题,包括力和力矩的表示、不同坐标系间的力变换、等效关节力矩的计算以及如何通过关节力矩和腕力传感器来判断负载的质量。
首先,我们来看9.1引言部分,这部分介绍了静态力和力矩的基本概念。静态力是指在没有加速度的情况下作用在物体上的力,而力矩则是描述力使物体产生转动效应的物理量。本章将深入研究这些概念,特别是在多关节机器人系统中的应用。
9.2章节详细讨论了力和力矩的表示方法。力和力矩都是三维空间中的向量,需要在一个特定的坐标系下进行描述。力向量F由力f和力矩m组成,通常用六维向量表示,其中前三维代表力的大小和方向,后三维代表力矩的大小和方向。例如,一个力f=10i+0j-150k和力矩m=0i-100j+0k可以组合成一个六维力向量F=[10, 0, -150, 0, -100, 0]T。
9.3章节讲解了坐标系之间力的变换,这涉及到虚功原理。虚功原理指出,当一个力向量作用在物体上导致一个虚拟的位移(即没有实际发生的位移)时,这个力所做的虚功应为零。公式δw=FT D=0表示这个关系,其中δw是虚功,D是虚位移的微分运动矢量。如果使用不同的坐标系C来描述虚位移,仍然会得到相同的虚功,即CFT CD=FT D,从而导出了力在不同坐标系之间的转换公式。
在9.4至9.7节中,进一步阐述了如何根据虚位移来转换力。这里提供了矩阵形式的转换规则,展示了如何将力向量F在坐标系C下的分量转换到其他坐标系下。这些公式对于理解机器人在不同工作空间中的力学行为至关重要,因为机器人在执行任务时,其各个关节和部件可能会在多个坐标系中受到力的作用。
9.5和9.6节则涉及如何通过关节力矩来判断负载的质量。在机器人操作中,负载的质量会影响到关节处的力矩。通过测量并分析这些力矩,可以推算出负载的重量。同样,9.7节提到利用腕力传感器也可以实现这一目标,腕力传感器可以直接测量手腕处的力和力矩,从而提供关于负载质量的信息。
最后,9.8章节是本章的小结,回顾了静态力分析的主要内容,强调了力和力矩在机器人学中的核心地位,以及它们在坐标变换和负载识别中的应用。
总的来说,第九章“静态力”是机器人学中的关键章节,它涵盖了力和力矩的基本理论,以及这些理论在实际机器人系统中的应用。理解和掌握这些内容对于设计、控制和分析机器人系统的性能至关重要。