码垛机器人动力学建模方法

时间：2017-07-24 来源：机器人在线阅读：9703 原创

码垛机器人动力学主要研究机构运动与关节驱动力或力矩之间的动态关系。码垛机器人是一个刚柔藕合的非线性系统，动力学建模的目的是为描述控制系统及设计控制器提供依据，动力学性能直接影响到对码垛机器人的控制和使用。码垛机器人动力学模型的建立方法主要分为矢量力学和分析力学两大类，具体包括牛顿-欧拉法、拉格朗口法、凯恩法等。

1)牛顿-欧拉法

牛顿-欧拉法是以矢量力学为基础，基于牛顿第二定律，引入质心动量定律列出各刚体动力学方程的方法。该方法只涉及到牛顿运动定律、惯性力等简单的力学内容，因而建模简单、物理意义明确、计算效率高，易于形成递推式的动力学方程，而且完整的表达了系统各构件的受力关系。但为了描述力与物体运动状态间的关系，其需要引入约束条件来消除理想的约束力或力矩，且该方法中存在的方程数量很多，故对于复杂柔性系统，该方法比较繁琐且计算效率低。文献中利用牛顿一欧拉法对刚性连接的机器人进行动力学建模并进行分析。文献中采用牛顿一欧拉法对差速驱动式移动焊接机器人系统进行动力学建模，建立了运动学方程并计算关节驱动力矩。

2)拉格朗日法

拉格朗日法是以分析力学为基础，通过建立广义坐标、考虑系统能量的形式，引入动力学函数推导出系统动力学方程的方法。该方法只需要速度而不必考虑系统复杂的内力作用，可通过简单的求导形式推导出系统的动力学方程，其求解过程较为方便，适用于多关节柔性机器人。文献中采用拉格朗日方程对机械手3关节进行动力学分析，得到多关节联动时单关节力矩方程。文献中通过拉格朗口方法推导出关节型工业机器人的动力学方程，并对系统动力学模型进行残余振动抑制研究。

3)凯恩法凯恩方法是一种用偏速度、偏角度、广义速率等概念来描述多自由度质点系统的运动，将力与惯性力沿指定的基矢量方向分解，消除约束力，得到动力学方程的方法。该方法直观性强、方程简洁、便于作数值计算，但推导过程较为抽象、物理意义不够明确，主要应用于混联机器人的动力学建模。文献中采用凯恩法对六自由度关节臂式机器人进行动力学方程的推导，并进行仿真研究。文献中将Kane法应用于五杆式人机合作机器人的动力学分析过程中，建立动力学学方程并利用MATLAB进行数值仿真。

码垛机器人码垛机器人的运动学分析与残余振动抑制研究技术干货

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