一、选题的原因和目的 1.机器人动力学及动力学分析的意义 (1)机器人动力学和它的研究对象 机器人可以看成是机械动作机构、驱动装置、视觉传感器和控制器组成的一个有机综合体。大多数机器人以电、液或气作为动力,将驱动力矩(直线驱动时为力)施加在机器人的关节处。机器人的动力学描述了在这些力作用下机器人是如何运动的。 机器人动力学有两个相反的问题:其一是已知机械手各关节的作用力或力矩,求各关节的位移,进而求得运动轨迹。其二是已知机械手的运动,即各关节的位移、速度和加速度,求各关节所需要的驱动力或力矩。本课题将结合4杆机器人针对问题二进行分析和讨论。 (2)动力学分析的意义 研究机器人机械手的动力学问题,是为了进一步讨论控制问题,动力学分析是机器人控制的基础。控制机器人实现各种动作不仅需要考虑轨迹和速度的设计和规划,也要考虑由此而来的各杆加速度和力(或力矩)变化是否合理和可行。轨迹和速度的规划是机器人运动学问题,它不需要考虑各杆的力和加速度,在机器人控制上处于较高的层次;而动力学分析需要考虑力和加速度,与运动学相比,它是从更低的层次研究较底层的问题,通过动力学分析得出力或力矩变化曲线,可为驱动电机力矩输出的规划,轨迹和速度设计的合理性、各杆加速度变化是否存在冲击等问题提供参考依据,从而为机器人控制服务。 (3)动力学分析的国内外发展状况 多年来,在多刚体动力学不断完善的基础上,许多学者在多柔体系统动力学上做了大量工作,相继出现了许多处理冗余度系统动力学问题的理论和方法。N. W. Walker (1982)利用4 4变次变换矩阵由Lagrange方法导出了“数值一符号”表示的封闭形式的动力学方程,并编制了通用计算程序; ...... |
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