6静力分析与运动学.pdf

机器人技术基础 机器人静力分析与动力学 中国海洋大学工程学院 张 磊   为什么还需要动力学？ 任务一：把一个物体从A点移动到B点 我们需要考虑机械臂在A点的位置、姿态拿到物体、在B点的位置、姿态放下物体 1、DH法给出机器人运动学方程 2、计算A点和B点手部理想位姿的逆运动学解qa，qb 3、从qa到qb求出关节的运动轨迹 4、根据求出的轨迹，控制关节运动 注意：轨迹（Trajectory）并不仅仅是空间中的一条线，它是物体位姿对于时 间的函数，包含了物体每个时刻的位置、速度、加速度等信息   为什么还需要动力学？ 任务二：夹持工具在物体上快速走圆形轨迹 对于圆形轨迹，每一个时刻都需要确切的手部位姿。每时每刻都把逆运动学解直接求出来是不 太现实的。不能满足dx不能太大的要求，无法给出可靠的圆形轨迹，产生轨迹形状变形或严重 时造成关节不断抖动。 l  机械臂在运动过程中受到什么样的内力和外力？ l  这些力怎样改变机械臂的运动状态？ l  关节受力与末端执行器的受力有什么关系？ 动力学的引入允许我们更快、更精确地跟随需要的轨迹 6、机器人静力分析 机器人在工作状态下，把持物 体或与外部环境之间相互作用， 需要机器人关节提供力和力矩， 通过连杆传递到末端操作器。 达到静态平衡和产生运动。 关节驱动力 机器人外载负荷 静态平衡 运动变化、加速度 关节驱动力 1、机器人的速度与静力的关系，静力分析的方法 2、机器人运动与受力之间的关系，机器人动力学 6、机器人静力分析 6.1 力和力矩的平衡 机器人手臂可以看做刚体，需要同时考虑力和力矩的相互作用 1、力的平衡 2、力矩的平衡 同一物体受力F1、F2的作用，但仍 作用力使物体绕着转动轴或支点转 然保持静止状态，这时可以称为两 动的趋向，转动力矩又称为扭矩。 个力相互作用并处于平衡状态。 一个物体受到多个力的作用，但它们的合力 为0的情况，则说明力处于平衡状态。合力是 将多个力计算合并为1个力。力是具备大小和 方向的矢量，合力的求解既是矢量的合成。 2、力矩的平衡 使物体进行回转运动的力是力矩。具备一定大小的静止物体，即便是在多个力矩的 作用下物体仍然保持静止状态，作用在物体上的力矩处于平衡状态。 力矩的平衡条件：1)合力为0；2）任意点的力矩和为0；3）不产生平移运动；4）不 产生回转运动。 [重要例题] 如下图，棒状刚体重量100N，其质心为刚体的中心位置，长1m，其中一端由长0.5m的绳索固定， 另一端施加水平方向的力F，形成了绳索与y方向夹角30度的平衡状态，试求水平方向的力F，绳 索的张力T，棒状刚体与铅垂线的夹角？ 力的平衡：T、F、重力的合力 力矩的平衡：绕O点的力矩 重力绕O点x方向 T的x成分绕O点y方向距离 T的y成分绕O点x方向距离 例题：如图，长度为2，质量