二连杆机器人动力学 |
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1. 机器人系统模型 假设一个二连杆机械臂结构如图所示。 其中, 机械臂的质量主要富集于机器人关节处,分别为:、;机械臂连杆长度分别为:、;机械臂关节运动为纯旋转,所以仅存在为角度的广义坐标:、;重力加速度为:。
根据定义 拉格朗日方程: 其中, L为拉格朗日函数,而K为系统广义动能,P为系统广义位能; 为连杆子系统索引号();为第个子系统的动能和位能的坐标(位移和角度),为相应的广义速度(线速度和角速度);为第个子系统的广义力(力和力矩)。
2. 计算各个连杆的动能及位能 该二连杆机器人系统可将机器人拆解为两个单独连杆(连杆1和连杆2 )的子系统。 2.1 连杆1的动能 2.2 连杆1的位能 2.3 连杆2的动能 2.4 连杆2的位能 2.5 系统总能量 总动能: 总位能 3. 拉格朗日平衡法求动力学方程 二连杆机械臂的拉格朗日函数L可以计算得: 让L对分别对 进行求导: ; ; 机械臂各关节力矩分别为 ,根据拉格朗日方程可以得到: 整理成动力学方程, 写成矩阵形式 通常上述矩阵形式可以用二阶非线性微分方程描述: 其中,分别为机器人广义坐标、广义速度、广义加速度;为机械臂惯性矩阵;表示离心力和科氏力矩阵;表示机器人重力矩阵;表示机器人广义力。
常用性质: 性质1:是一个斜对称矩阵; 性质2:是一个对称正定矩阵;
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