空间二连杆机器人的动力学建模及其动态过程仿真.pdf

空间二连杆机器人的动力学建 模 及其动态过程仿真 作者：td 一引言 1.机器人机械臂的运动学与动力学分析方法 目录 空间二连杆机器人的动力学建模 1 及其动态过程仿真 1 作者：td 1 一引言 1 1.1 用户界面模块（ADAMS/View ）4 1.2 求解器模块 （ADAMS/Solver ）5 1.3 后处理模块（ADAMS/PostProcessor ） 6 二．空间二连杆机器人adams 建模仿真 6 2.1 空间二连杆串联机器人 6 在ADAMS 中用长方形连杆模拟机械臂，对两自由度的机械臂分别进行运动学分析动 力学分析。 6 2.1.1 运动学分析6 2.1.2 运动学分析9 机器人的运动学和动力学既包含有一般机械的运动学、动力学内容，又反映了机器人的 独特内容。工业机器人的运动学主要讨论了运动学的正问题和逆问题。假设一个构型已知的 机器人，即它的所有连杆长度和关节角度q t ,q t ,q t …q t ，…都是已知的，其 1   2   3   n   中 为自由度数，那么计算机器人末端执行器相对于参考坐标系的位姿就称为运动学的正问 n 题分析。换言之，如果已知机器人所有的关节变量，用正运动学方程就能计算任一瞬间机器 人的位姿。然而，如果希望机器人的末端执行器到达一个期望的位姿，就必须要知道机器人 T 操作臂每一个连杆的几何参数和所有关节的角矢量q q ,q ,q  利用操作臂连杆几何 1 2 n 参数和末端执行器期望的位姿来求解关节角矢量是运动学逆问题。运动学正问题可以利用齐 b 次变换法来求解。设 杆坐标系相对于基座坐标系的位姿齐次变换矩阵是 ，则 i T i bT A  A  A  A  A 11 i 1 2 3 n1 n   式中 为 杆坐标系相对于 杆坐标系的坐标变换矩阵。相对于正运动学方程，机器人逆 A i i 1 i 运动学方程显得更为重要。由于按给定末端执行器的位姿求解关节变量是在关节空间中进行 非线性方程的求解，其中涉及多值性和奇异现象，因此，这一逆问题成为机器人运动学中的 一个重要内容。机器人的控制器将用这些方程来计算关节值，并以此来运行机器人到达期望 的位姿。机器人逆问题可有多种解法，如逆变换法、旋量代数法、数值迭代法、几何法等， 其中Jaeobian 矩阵的速算法占有重要的地位。机器人作为多自由度可编程的工作系统，在 运动学中研究的内容还有末端操作器运动规划、工作空间确定、位姿精度分析与补偿等。目 前，对于一般机器人运动学的逆问题大部分都得到了解决，但是，对于有任意结构和有冗余 自由度机器人的运动学逆问题，研究得还不够充分。 机器人操作臂的动力学建模主要是研究各主动关节的驱动力与操作臂运动的关系。机器 人操作臂是一个十分复杂的动力学系统。机器人动力学方程的非线性特点和强耦合性使得对 它的研究十分困难和复杂。目前人们已经提出了许多种动力学建模方法，分别基于不同的力 学方程和原理。C．