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  • 机器人动力学

    2018-11-05 16:03:26
    机器人运动学,机器人动力学;拉格朗日动力学;倒立摆。
  • 机器人引论第3章机器人动力学第3章机器人动力学3.1动力学分析基础3.2机器人的静力分析3.3机器人动力学方程3.1动力学分析基础3.1.1机器人的坐标系图3-1机器人的坐标系3.1.2工具的定位(3
  • 机器人动力学与控制

    2016-11-09 10:17:03
    机器人动力学与控制
  • 工业机器人动力学.ppt

    2019-09-15 04:18:50
    工业机器人动力学ppt,工业机器人动力学
  • 前些日子,知乎上有知友问“现在工业机器人里面到底有没有基于动力学控制”。我的回答是这样子的:”机器人控制开发早已实现基于动力学模型的控制,否则打不开那么多的应用场景。举个例子: 短距离快速运动的点焊运动...

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    前些日子,知乎上有知友问“现在工业机器人里面到底有没有基于动力学控制”。我的回答是这样子的:

    ”机器人控制开发早已实现基于动力学模型的控制,否则打不开那么多的应用场景。举个例子: 短距离快速运动的点焊运动, 没有基于机器人机械动力学模型的话,这种运动会激励机械振动,只有基于动力学模型的控制才可以克服。另外像精准激光切割, 涂胶和去毛刺等应用场景,精准的contour tracking很重要,如果没有基于模型的控制,无法达成高跟随精度。还有,现在工业机器人具有末端负载自动识别功能,你说如果没有用到动力学模型,能实现吗?”

    今天想总结和分享一下动力学模型在机器人开发和机器人控制和机器人参数监控中的角色:

    1)计算控制环前馈信号和优化关节参考信号

    帮助计算机器人控制环前馈信号和优化关节参考信号,优化机器人在应用任务要求和动力学约束下的速度,加速度和加速度率的参考信号。机器人末端装上不同的工具完成不同应用任务,一般情况(除了PTP)都是在机器人笛卡尔坐标系下规划工具的运动轨迹,然后通过运动学关系投射到机器人关节空间,生成关节空间的运动轨迹,因为毕竟最终机器人运动是靠驱动关节上的电机的。这些量驱动电机,间接使得末端工具按照预定轨迹运动。然而由于从机器人末端工具到关机电机输出轴之间耦合了弹性连杆,弹性轴承,摩擦和其他非线性要素如迟滞,使得最终任务空间的轨迹与定义的轨迹产生较大的偏离。基于动力学模型可以在线控制关节空间的参考轨迹指令;基于动力学模型可以计算前馈通道的速度和力矩,提升机器人系统的响应性能。

    2)改善机器人静态误差

    出厂的机器人个体之间存在差别,运动学和动力学参数存在差异,需要基于机器人运动学模型和动力学模型,使用测量手段和系统辨识方法辨识个体机器人的相关参数。为了改善机器人静态误差,需要特别考虑机器人弹性动力学模型。(可参考这篇文章:YuanH:工业机器人参数校准技术)

    3)实施碰撞检测和负载辨识

    如果没有实施动力学控制的话,机器人发生碰撞后,当某个轴超过一定力矩保护限值,或超过允许位置误差时才会触发停止。由于机器人从关节到末端的非线性,末端的撞击力可能会非常大,允许能达到千牛级别。实施了基于动力学的碰撞检测,那么当撞击力数十牛(具体要看机器人“吨位”了)时即可触发相对安全的停止。

    4)高级的控制算法才有可能

    一般情况机器人只有电机轴角度可测量,所以没有基于动力学模型的观测器设计或状态估计,很难达成状态反馈控制。其实,连最简单的控制形式即关节PID控制也需要实际关节速度和加速度,简单的差分求解速度和加速度会带来极大的噪音,通过状态估算可以获取较好的结果。另外更高级的控制例如LQG,QFT,H_infinity或者滑模控制都是基于动力学模型的控制算法。所以动力学模型是状态估计和控制算法设计的重要基础。

    5)实施机器人故障辨识和诊断

    工业无法承受宕机带来的经济损失,所以需要基于机器人运动学模型和动力学模型实施残差识别观测和监控,实现在线监控机器人运行性能,尽早发现性能下滑,实现预测性维护。这其中的难点包括:

    A) 很难获得关键参数的变化趋势。因为机器人正常作业运行状态下所能获取的模态激励度往往很低。为了获得这一信息,往往要求机器人执行一些特殊设计的轨迹。并且这些轨迹动作需要额外编程,同时也要求机器人周边有足够的空间。这在实际工业环境,很难保证这样的条件要求。

    B) 关键参数变化因素复杂。因为机器人工作在工厂环境,另外工况也可能发生变化,所以关键参数大幅度变化并不能说明机器人就有机械问题/故障发生,如机械磨损,轴承保持架断裂,也可能是工厂环境温度的变化或机器人作业对象发生了变化。

    6)支持机器人设计阶段

    机器人的研发设计过程是多学科互相交叉影响的迭代过程,强调协同设计(co-design)理念. 运动学模型和动力学模型为机器人在技术规范和成本约束下的设计及性能优化提供了重要基础。机器人的设计和控制基于同一个机器人模型,这样可以在机器人样机制造之前,就可以分析机器人的控制性能以及评估机器人控制软件。

    另外基于动力学模型特别支持了驱动链包含电机,减速机,驱动单元的开发或选型,我们知道关节动力单元占据了机器人的很大部分成本。从它的设计过程我们也能看出动力学模型的重要功用。机器人关节驱动链一般设计步骤:

    a)根据设计要求中的机器人工作空间和负载,定型运动支链基本尺寸和材质选择;

    b)根据刚体动力学模型计算,估算所需的关节力矩和功率大小;

    c) 依据控制带宽要求和弹性动力学模型分析,设计机械结构尺寸保证足够的机械带宽。

    为了使得关节驱动链选型不小也不过分的大(尽量做到最小化成本),充分发挥其性能,将关节驱动链的模型集成于机器人的多体动力学模型中(即形成连杆到关节到关节内部的动力学模型),这些模型实时运行在机器人控制器中,计算和施加机器人速度和加速度的动态限值(具体限值取决于机器人位形),保护关节受到过大的力和力矩负载。有了这种关节负载动态(而非静态)限值,其实总体上是可以提升机器人的平均运行速度和加速度,从而提升机器人效率。

    总之,从上面我们可以看出动力学模型从机器人设计阶段就开始发挥重要作用。在机器人设计定型,运行阶段的高性能轨迹跟踪,负载识别,碰撞检测,以及预测性维护等方面发挥着重要角色。也许还有很多其他的功用,欢迎补充和交流。

    接下来的文章里面会介绍具体的实施方法,请持续关注哦。

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  • 教材的重点在于用严谨而系统的方式介绍机器人动力学与控制的基本概念和主要结果。全面介绍了机器人建模与控制研究中所涉及的基本概念、算法和有代表性的结果,特别是控制方法的介绍更具全面性。全书共3章,分别是:...
  • 利用Matlab求解并联机器人动力学方程。文档是TXT文件,只需复制粘贴在MATLAB 运行界面里进行运行。
  • 首先概述了工业机器人技术特点与并联结构的特点,分析了并联机器人动力学状况,建构了基于并联结构的煤矿救灾机器人动力学特点,提出了相关发展方向。
  • 机器人技术讲稿第四章机器人动力学ppt,机器人技术讲稿第四章机器人动力学
  • 机器人动力学与控制》霍伟,Word版,该教材详细介绍了不同控制方法的动机、原理以及推导过程,对于设计机器人控制方法十分有用!!! 本书全面介绍了机器人建模与控制研究中所涉及的基本概念、算法和有代表性的...
  • 高等教育出版社出版的霍伟主编《机器人动力学与控制》,适合机器人控制方向的研究、学习。
  • 国内机器人公司的数量自2015年来不断涌现,国产机器人的...该课程帮助学员快速搭建“机器人动力学——参数辨识——轨迹规划——运动控制”的完整框架,认识到动力学在机械臂性能提升上的重要作用,并将动力学运用到...

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    国内机器人公司的数量自2015年来不断涌现,国产机器人的数量也在不断攀升。然而目前国产机器人在整体性能上与国外水平还存在较大差距,其中一个原因在于国产机器人的控制器中未考虑整机的动力学模型,在轨迹规划、位置控制与柔顺控制的实现过程中,也都忽略动力学的影响。

    该课程帮助学员快速搭建“机器人动力学——参数辨识——轨迹规划——运动控制”的完整框架,认识到动力学在机械臂性能提升上的重要作用,并将动力学运用到机器人系统中去。

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    桂凯 上海交通大学机器人研究所博士

    研究方向包括机器人动力学与控制,柔顺控制,SEA控制,机器外骨骼及生机电一体化,专注于将动力学理论付诸于实践,有着丰富的仿真与实践经验。工作以来,专注于研发机器人动力学控制器以及力控机器人工作站。

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    第1章 概述

    1.1机器人控制器的基本框架

    1.2机器人动力学的作用

    1.3机器人动力学的应用

    1.4其他形式的动力学

    1.5预备知识

    第2章 机器人动力学建模

    2.1理论力学回顾

    2.2坐标系建立与DH参数

    2.3机器人连杆动力学模型的四种形式

    • 2.3.1 基于拉格朗日方程的形式
    • 2.3.2 基于牛顿欧拉方程的形式
    • 2.3.3 基于参数分离的形式
    • 2.3.4 基于最小惯性参数的形式

    2.4柔性关节动力学及关节摩擦力模型

    2.5动力学模型的正问题与逆问题求解

    2.6其他形式的动力学

    • 编程题:在matlab下通过simmechanics搭建如题1的二连杆模型,并做仿真

    第3章 动力学参数辨识

    3.1绪论与系统辨识基础

    3.2 连杆动力学参数辨识

    • 3.2.1 最小二乘法
    • 3.2.2 Yr获取
    • 3.2.3 离线滤波与在线滤波
    • 3.2.4 连续系统与离散系统
    • 3.2.5 最优激励轨迹
    • 3.2.6 单自由度系统参数辨识
    • 3.2.7 三轴机器人系统辨识
    • 3.2.8六轴机器人系统辨识

    3.3关节动力学参数参数辨识

    3.4 力矩传感器的动力学模型参数辨识

    • 编程题:在matlab比较filter函数 与filtfilt函数的效果区别,讨论两种方法对延时的影响

    第4章 动力学与轨迹规划

    4.1机器人动力学与碰撞检测

    4.2巴特沃斯滤波器参数查询

    4.3振动来源

    4.4振动方法

    4.5振动抑制实例分析

    4.6常用的轨迹规划算法

    4.7速度调节

    4.8最优调速规划

    4.9最小时间规划

    • 编程题:绘制抑制分析课件里的双惯量系统的伯德图,并求出谐振频 率与抗谐振频
    • 编程题:编写 S 型速度规划(起点与终点的速度为 0)

    第5章 位置控制与动力学

    5.1闭环控制

    5.2位置控制策略

    5.3工业控制策略

    5.4总结与深入学习

    • 编程仿真题:单连杆系统和二连杆系统的独立PD控制与PD+重力补偿控制
    • 编程仿真题:单连杆系统和二连杆系统的计算力矩法控制

    第6章 柔顺控制与动力学

    6.1柔顺与动力学

    6.2柔顺控制策略

    6.3交互力矩获取

    6.4案例:拖动示教

    • 编程仿真题:阻抗/导纳控制的代码仿真

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    1. 了解多连杆串联系统动力学关节动力学等建模方法

    2. 掌握系统辨识的一般流程,掌握相关的信号处理方法

    3. 掌握基本的轨迹规划方法,熟悉动力学对轨迹规划的作用

    4. 掌握基本的碰撞检测方法,熟悉机器人振动分析

    5. 了解机械臂的各种位置控制方法,掌握机器人动力学对位置控制的影响

    6. 了解机械臂的各种柔顺控制方法,掌握机器人动力学对柔顺控制的影响

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    先修知识

    Matlab语言编程,线性代数,微积分,信号处理

    软件要求

    Matlab 2016b及以上

    适合人群

    1. 适合于高校及研究所中与动力学相关的研究人员

    2. 适合机器人相关公司的算法研发人员

    PS:建议有一定的机器人基础

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    1.提供完整课件

    2.提供丰富参考资料

    3.提供项目作业并进行批改

    4.颁发结业证书

    睿慕课学院college.aiimooc.com
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  • 教材的重点在于用严谨而系统的方式介绍机器人动力学与控制的基本概念和主要结果。全面介绍了机器人建模与控制研究中所涉及的基本概念、算法和有代表性的结果,特别是控制方法的介绍更具全面性。全书共3章,分别是:...
  • 机器人动力学分析

    2012-10-30 23:27:19
    机器人动力学分析,通过ADMAS软件的分析得出与实验结果相符合的事例,满足需要
  • 1.背景一提到机器人动力学大家往往首先想到的是机器人关节力矩与关机运动间的关系。桂凯:机器人动力学方程的四种形式​zhuanlan.zhihu.com其实不然,牛顿-欧拉方程可以描述的是每个关节的六维力/力矩(Fx,Fy,Fz,Mx,...

    1.背景

    一提到机器人动力学大家往往首先想到的是机器人关节力矩与关机运动间的关系。

    桂凯:机器人动力学方程的四种形式zhuanlan.zhihu.com

    其实不然,牛顿-欧拉方程可以描述的是每个关节的六维力/力矩(Fx,Fy,Fz,Mx,My,Mz)与关节运动的关系,而机器人关节力矩与关节运动本质上只是Mz与关节运动间的关系。

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    因此,机器人完整的动力学是每个关节处六维力与关节运动间的关系。我们要获取完整的机器人动力学特性,需要在每个关节均安装一个六轴力传感器。在实际使用中,这种需求无法满足,因此实际中使用的都是简化版机器人动力学模型。

    2.动力学模型汇总

    动力学模型一:关节电流-关节运动

    这是我们接触到的最多的动力学模型了,它通过关节电流来获取电机提供的力矩。它的精度会受到摩擦力的严重影响。

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    模型一的辨识精度

    动力学模型二:关节力矩-关节运动

    这种方式是在关节处安装单轴力矩传感器,排除摩擦力的干扰,精度大大提高。

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    模型二的辨识精度

    动力学模型三:末端六维/三维力-关节运动

    在机器人末端安装一个六维力传感器或三维力传感器,建立传感器数值与关节运动的关系。

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    这种动力学主要用来更精确的获取机器人末端与环境的作用力信息。

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    模型三的便是精度

    动力学模型四:底座六维/三维力-关节运动

    在机器人底座安装一个六维力传感器或三维力传感器,建立传感器数值与关节运动的关系。

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    这种动力学主要用来更精确的获取机器人全臂与环境的作用力信息。

    3.总结:以上这些动力学模型本质上都是牛顿-欧拉方程的一部分。

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  • 这个代码是机器人动力学方程的matlab代码实现,使用拉格朗日方法。 此代码是根据霍伟编著的《机器人动力学与控制》一书中的公式改写的。 参考网址:https://www.jianshu.com/p/6d04539f1cfe 参考网址中提供的代码...
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  • 这篇文章主要介绍了机器人动力学相关的几个基本的数学概念

    1. 引言

    这篇文章主要介绍机器人动力学相关的几个基本的数学概念,主要是为后续正式介绍机器人动力学奠定基础,具体内容请参考:古月居

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