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工业机器人;第四章工业机器人静力计算及动力学分析
;工业机器人静力计算及动力学分析
;工业机器人静力计算及动力学分析
;工业机器人静力计算及动力学分析
;工业机器人静力计算及动力学分析
;工业机器人静力计算及动力学分析
;工业机器人静力计算及动力学分析
;1机器人静力学;2虚功原理;例:作用与杠杆一端的力FA,试用虚功原理求作用于另一端的力FB,杠杆长度;当力FA向下取正,FB向上为正,此时,假设FA为正值〔向下〕,根据上式,FB为负值,即FB方向向下。;3静力学关系式的推导;如果施加在机械手上的力作为手爪力的反力〔-F〕时,机械手的虚功可表示为:;手爪的虚位移和关节虚位移之间的关系,可用雅可比矩阵表示:;上式表示产生手爪力F的驱动力;例:在图示位置时,求生成手爪力FA、FB的驱动力τA、τB;驱动力大小为手爪力与手爪力到作用线距离乘积;3惯性矩确实定;加速度和力的关系式为:;4运动学、静力学、动力学的关系;雅可比矩阵的应用;6.力雅可比
机器人与外界环境相互作用时,在接触处要产生力f和力矩n,统称为末端广义力矢量
在静止状态下,广义操作力矢量F应与各关节的驱动力〔或力矩〕相平衡。n个关节的驱动力〔或力矩〕组成的n维矢量
称为关节力矢量;利用虚功原理,可以导出关节力矢量τ与相应的广义操作力矢量F之间的关系。
令各关节的虚位移为;末端执行器相应的虚位移为D。
所谓虚位移,是满足机械系统几何约束的无限小位移。
虚功:力在虚位移上的功;各关节所作的虚功之和
与末端执行器所作的虚功
应该相等(总的虚功为零),即
;雅可比矩阵J〔q〕既可当成是从关节空间向操作空间的速度传递的线性关系,也可看成是微分运动转换的线性关系,即;;机器人的动力学概述;了解机器人动力学,即了解机器人动态特性的运动方程式,动力学方程;4.4机器人动力学;正问题:根据关节驱动力矩或力,计算操作臂的运动〔关节位移、速度和加速度〕
逆问题:轨迹运动对应的关节位移、速度和加速度,求出所需要的关节驱动力矩或力;动力学方程介绍
;机器人动力学正问题
机器人动力学正问题研究机器??手臂在关节力矩作用下的动态响应.其主要内容是如何建立机器人手臂的动力学方程.建立机器人手臂的动力学方程的方法有牛顿-欧拉法和拉格朗日法等.
;1.牛顿-欧拉方程
在考虑速度与加速度影响的情况下,作用在机器人手臂杆i上的力和力矩如下图。;根据力、力矩平衡原理;其中Ii为杆i绕其质心的惯性张量:
—惯性力
—惯性力矩
—陀螺力矩;可以解出表示关节位移与关节力间关系的机器人封闭动力学方程:
此方程右边首项为惯性力项,第2项来源于哥氏力和离心力,第3项为重力项。
;例3.如图给出的机械臂,分别求出牛顿-欧拉运动方程和用关节变量和关节力矩表示的封闭动态方程.;2.拉格朗日方程
拉格朗日函数
为广义坐标,在研究机器人动力学中为关节变量;T、U分别代表机器人手臂的动能和势能。
机器人的拉格朗日方程为
为对应广义坐标的广义力。
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