河北联合大学轻工学院机器人基础PPT静力学与运动学.pptVIP

* 工作速度、工作载荷 工作速度通常指机器人在工作载荷条件下、匀速运动过程中，手臂末端在单位时间内所移动的距离或转动的角度。提高速度可提高工作效率，因此提高机器人的加减速能力，保证机器人加减速过程的平稳性非常重要。 工作载荷是指机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量。负载大小主要包括手部的重量、抓取工件的重量，以及由运动速度变化而产生的惯性力和惯性力矩。规定高速运行时所能抓取的工件重量作为承载能力指标。 * 机器人研究所 * 第1节 机器人静力学 4. 力和力矩的坐标变换 两坐标系的静力关系为 第1节 机器人静力学 第2节 机器人动力学 第六章 静力学与动力学 第2节 机器人动力学 机器人正动力学问题——已知机器人各关节驱动力或力矩，求机器人各关节轨迹或末端执行器（位姿）轨迹。 机器人逆动力学问题——已知机器人各关节轨迹或末端执行器（位姿）轨迹，求机器人各关节驱动力或力矩。 第2节 机器人动力学 机器人动力学研究目的 建立力、质量和加速度之间以及力矩、惯量和角加速度之间的关系。 确定力和力矩，计算每个驱动器所需的驱动力，以便在机器人连杆和关节上产生期望的加速度。 根据有关方程并考虑机器人外部载荷计算出驱动器可能承受的最大载荷，设计能提供足够力及力矩的驱动器。 研究机器人不同部件之间的关系，合理地设计出机器人的部件。 第2节 机器人动力学 动力学分析方法 牛顿-欧拉(Newton-Euler)方法； 拉格朗日(Lagrange)方法； 高斯(Gauss)方法、凯恩(Kane)方法等. 牛顿-欧拉(Newton-Euler)方法 1. 牛顿-欧拉方程 如果将机械手的连杆看成刚体，它的质心加速度 、总质量m 与产生这一加速度的作用力 f 之间的关系满足牛顿第二运动定律: 当刚体绕过质心的轴线旋转时，角速度 ，角加速度 ，惯性张量 与作用力矩 n 之间满足欧拉方程： 牛顿-欧拉(Newton-Euler)方法 令｛c｝是以刚体的质心c为原点规定的一个坐标系，相对于该坐标系｛c｝，惯性张量　 定义为３×３的对称矩阵： 式中，对角线元素是刚体绕三坐标轴x，y，z的质量惯性矩，即Ixx，Iyy，Izz，其余元素为惯性积。 　　惯性张量表示刚体质量分布的特征。其值与选取的参考坐标系有关，若选取的坐标系使惯性积都为零，相应的质量惯性矩为主惯性矩。 2. 惯性张量 牛顿-欧拉(Newton-Euler)方法 解： 把上面三式代入欧拉方程且只提取 z 轴分量得到： z mg 例题：如图所示的1自由度机械手。假定绕关节轴 z 的转动惯量为IZ，z轴为垂直纸面的方向。 拉格朗日(Lagrange)方法 对于任何机械系统，拉格朗日函数 L 定义为系统总的动能K与总的势能 P 之差，即 L=K-P。这里，L是拉格朗日算子；K是动能；P是势能。 或 利用Lagrange函数L，系统的动力学方程为： 　表示动能，　表示势能。 z mg 拉格朗日(Lagrange)方法 前面的例题1自由度机械手动力学方程用Lagrange法求解如下： 总势能为： 解：总动能： ???????????（θ为广义坐标） 拉格朗日函数 L为： 分别对广义坐标求导： z mg 拉格朗日(Lagrange)方法 前面的例题1自由度机械手动力学方程用Lagrange法求解如下： 代入Lagrange方程中 得到： 解： 与牛顿-欧拉方法所得的结果一致。 工业机器人的总体设计 1. 工业机器人的分类 2. 工业机器人的组成 3. 工业机器人的主要技术参数 4. 工业机器人的设计 5.??工业机器人的设计步骤 6. 工业机器人的传动系统设计 * 工业机器人的总体设计 工业机器人的设计涉及机械设计，传感技术，计算机应用和自动控制，是跨学科的综合设计，工业机器人应作为一 个系统进行研究，从总体出发研究其系统内部各组成部分之间和外部环境与系统之间的相互关系。 * 第1节 工业机器人的分类 按自由度分类 按机器人的发展进程分类 按操作机结构的特点分类 按机器人的运动轨迹分类 按机器人的驱动方式分类 按抓取重量和动作范围分类 * 按操作机结构的特点分类 1、直角坐标型机器人 2、圆柱坐标型机器人 3、球坐标型机器人 4、关节坐标型机器人（拟人机器人） 5、平面关节型机器人 一般，搬运上下料用1、3；点焊、圆焊和喷漆用4，装配用5。 * 直角坐标型机器人 直角坐标型机器人具有三个互相垂直的移动轴线，能使手臂末端沿直角坐标系的x