機器人靜力分析與動力學課件

機器人靜力分析與動力學課件目錄contents機器人靜力分析機器人動力學機器人運動學機器人軌跡規(guī)劃機器人傳感器與感知CHAPTER機器人靜力分析01

靜力分析基本概念靜力分析在機器人設計中，靜力分析是評估機器人在靜態(tài)負載下的性能，主要關注力和力矩的平衡。靜態(tài)負載機器人在工作過程中需要承受的外部負載，包括重力、外部作用力等。平衡狀態(tài)機器人在靜力分析中處于靜止或勻速運動狀態(tài)，此時力和力矩的平衡使得機器人的位置和姿態(tài)保持不變。邊界元分析（BEM）通過在機器人結構的邊界上定義場函數，利用積分方程求解靜力問題。剛體動力學忽略機器人結構的變形，將其視為剛體，通過牛頓第二定律等動力學原理求解靜力問題。有限元分析（FEA）將機器人結構離散化為有限個小的單元，通過求解每個單元的平衡方程來得到整體結構的靜力特性。機器人靜力分析方法通過靜力分析，可以評估機器人的結構強度和剛度，從而對結構進行優(yōu)化設計。結構優(yōu)化負載能力評估安全防護設計靜力分析可以評估機器人在不同負載下的性能，為機器人的負載能力提供依據。靜力分析可以用于評估機器人在意外載荷下的穩(wěn)定性，為安全防護設計提供參考。030201靜力分析在機器人設計中的應用CHAPTER機器人動力學02描述物體運動與力的關系的定律，即物體加速度與作用力成正比，與物體質量成反比。牛頓第二定律作用力和反作用力大小相等、方向相反、作用在同一直線上的定律。牛頓第三定律描述物體運動狀態(tài)的物理量，等于物體的質量乘以速度。動量動力學基本概念忽略物體變形，只考慮物體運動狀態(tài)的模型。剛體動力學模型考慮物體變形和運動狀態(tài)的模型，用于模擬機器人關節(jié)和連桿的運動。彈性體動力學模型描述機器人各關節(jié)運動狀態(tài)和力的關系的方程組。機器人運動方程機器人動力學模型根據任務要求，規(guī)劃機器人的運動軌跡，以滿足特定的動力學約束。軌跡規(guī)劃通過調整施加在機器人上的力，實現機器人的精確控制。力控制根據機器人當前狀態(tài)和環(huán)境變化，調整控制策略，實現機器人的穩(wěn)定運動。自適應控制動力學在機器人控制中的應用CHAPTER機器人運動學03位置姿態(tài)速度加速度運動學基本概念01020304描述機器人末端執(zhí)行器在空間中的位置。描述機器人末端執(zhí)行器的方向和姿態(tài)。描述機器人末端執(zhí)行器在空間中的運動速度。描述機器人末端執(zhí)行器在空間中的運動加速度。正運動學模型根據機器人關節(jié)參數，計算機器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。逆運動學模型已知機器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，反求機器人關節(jié)參數。雅可比矩陣描述機器人末端執(zhí)行器速度與關節(jié)速度之間的映射關系。機器人運動學模型123通過運動學分析，確定機器人的工作范圍和可達位置。機器人的工作空間分析根據任務需求，規(guī)劃機器人的運動軌跡和路徑。機器人的運動規(guī)劃基于運動學模型，設計機器人的控制算法和策略。機器人的控制策略運動學在機器人設計中的應用CHAPTER機器人軌跡規(guī)劃04機器人在運動過程中經過的路徑，由一系列位置和姿態(tài)組成。根據任務需求和機器人運動學、動力學等約束條件，規(guī)劃出機器人從起始點到目標點的最優(yōu)或次優(yōu)運動軌跡。軌跡規(guī)劃基本概念軌跡規(guī)劃軌跡根據機器人關節(jié)角度信息，通過運動學正逆解計算出機器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，常用的有直線插補、圓弧插補等?；谶\動學的方法考慮機器人的動力學特性，通過優(yōu)化算法求解使機器人末端執(zhí)行器達到目標位置和姿態(tài)的最優(yōu)或次優(yōu)關節(jié)力矩，常用的有基于雅可比偽逆、基于優(yōu)化算法等?；趧恿W的方法利用神經網絡、模糊邏輯等人工智能技術進行軌跡規(guī)劃，適用于復雜環(huán)境和未知任務?；谌斯ぶ悄艿姆椒C器人軌跡規(guī)劃方法03特種機器人在深海、太空、核輻射等極端環(huán)境下，通過軌跡規(guī)劃實現機器人的穩(wěn)定運動和任務完成。01工業(yè)機器人在生產線上的裝配、焊接、搬運等任務中，通過軌跡規(guī)劃實現高精度、高效率的自動化作業(yè)。02服務機器人在醫(yī)療、餐飲、家庭等服務領域，通過軌跡規(guī)劃實現人機交互、自主導航等功能，提高服務質量。軌跡規(guī)劃在機器人控制中的應用CHAPTER機器人傳感器與感知05傳感器定義01傳感器是一種能夠感知物理、化學或生物量并將其轉換為可處理和傳輸信號的裝置。傳感器分類02根據不同的分類標準，傳感器可以分為多種類型，如按工作原理可分為電阻式、電容式、電感式、壓電式等；按輸出信號可分為模擬輸出和數字輸出。傳感器工作原理03傳感器的工作原理基于各種物理、化學或生物效應，如電阻變化、電容變化、磁場變化等，將待測量的變化轉換為可測量的電信號。傳感器基本概念用于檢測機器人關節(jié)或末端執(zhí)行器的位置，如旋轉編碼器、光柵尺等。位置傳感器用于檢測機器人關節(jié)或末端執(zhí)行器的速度，如測速發(fā)電機、光電編碼器等。速度傳感器用于檢測機器人關節(jié)或末端執(zhí)行器所受的力或力矩，如應變片、壓阻式力傳感器等。力傳感器用于檢測機器人與周圍環(huán)境之間的距離，如超聲波傳感器、紅外傳感器等。距離傳感器機器人常用傳感器通過各種傳感器獲取機器人周圍環(huán)境的信息，如障礙物、地形等，為機器人導航提供依據。環(huán)境感知基于感