機(jī)器人靜力分析與動(dòng)力學(xué)課件

機(jī)器人靜力分析與動(dòng)力學(xué)課件目錄contents機(jī)器人靜力分析機(jī)器人動(dòng)力學(xué)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器人軌跡規(guī)劃?rùn)C(jī)器人傳感器與感知CHAPTER機(jī)器人靜力分析01

靜力分析基本概念靜力分析在機(jī)器人設(shè)計(jì)中，靜力分析是評(píng)估機(jī)器人在靜態(tài)負(fù)載下的性能，主要關(guān)注力和力矩的平衡。靜態(tài)負(fù)載機(jī)器人在工作過(guò)程中需要承受的外部負(fù)載，包括重力、外部作用力等。平衡狀態(tài)機(jī)器人在靜力分析中處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)力和力矩的平衡使得機(jī)器人的位置和姿態(tài)保持不變。邊界元分析（BEM）通過(guò)在機(jī)器人結(jié)構(gòu)的邊界上定義場(chǎng)函數(shù)，利用積分方程求解靜力問(wèn)題。剛體動(dòng)力學(xué)忽略機(jī)器人結(jié)構(gòu)的變形，將其視為剛體，通過(guò)牛頓第二定律等動(dòng)力學(xué)原理求解靜力問(wèn)題。有限元分析（FEA）將機(jī)器人結(jié)構(gòu)離散化為有限個(gè)小的單元，通過(guò)求解每個(gè)單元的平衡方程來(lái)得到整體結(jié)構(gòu)的靜力特性。機(jī)器人靜力分析方法通過(guò)靜力分析，可以評(píng)估機(jī)器人的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，從而對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)優(yōu)化負(fù)載能力評(píng)估安全防護(hù)設(shè)計(jì)靜力分析可以評(píng)估機(jī)器人在不同負(fù)載下的性能，為機(jī)器人的負(fù)載能力提供依據(jù)。靜力分析可以用于評(píng)估機(jī)器人在意外載荷下的穩(wěn)定性，為安全防護(hù)設(shè)計(jì)提供參考。030201靜力分析在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用CHAPTER機(jī)器人動(dòng)力學(xué)02描述物體運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系的定律，即物體加速度與作用力成正比，與物體質(zhì)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，等于物體的質(zhì)量乘以速度。動(dòng)量動(dòng)力學(xué)基本概念忽略物體變形，只考慮物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模型。剛體動(dòng)力學(xué)模型考慮物體變形和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模型，用于模擬機(jī)器人關(guān)節(jié)和連桿的運(yùn)動(dòng)。彈性體動(dòng)力學(xué)模型描述機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和力的關(guān)系的方程組。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方程機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型根據(jù)任務(wù)要求，規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，以滿足特定的動(dòng)力學(xué)約束。軌跡規(guī)劃通過(guò)調(diào)整施加在機(jī)器人上的力，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確控制。力控制根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)和環(huán)境變化，調(diào)整控制策略，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。自適應(yīng)控制動(dòng)力學(xué)在機(jī)器人控制中的應(yīng)用CHAPTER機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)03位置姿態(tài)速度加速度運(yùn)動(dòng)學(xué)基本概念01020304描述機(jī)器人末端執(zhí)行器在空間中的位置。描述機(jī)器人末端執(zhí)行器的方向和姿態(tài)。描述機(jī)器人末端執(zhí)行器在空間中的運(yùn)動(dòng)速度。描述機(jī)器人末端執(zhí)行器在空間中的運(yùn)動(dòng)加速度。正運(yùn)動(dòng)學(xué)模型根據(jù)機(jī)器人關(guān)節(jié)參數(shù)，計(jì)算機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型已知機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，反求機(jī)器人關(guān)節(jié)參數(shù)。雅可比矩陣描述機(jī)器人末端執(zhí)行器速度與關(guān)節(jié)速度之間的映射關(guān)系。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型123通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，確定機(jī)器人的工作范圍和可達(dá)位置。機(jī)器人的工作空間分析根據(jù)任務(wù)需求，規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡和路徑。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，設(shè)計(jì)機(jī)器人的控制算法和策略。機(jī)器人的控制策略運(yùn)動(dòng)學(xué)在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用CHAPTER機(jī)器人軌跡規(guī)劃04機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)的路徑，由一系列位置和姿態(tài)組成。根據(jù)任務(wù)需求和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等約束條件，規(guī)劃出機(jī)器人從起始點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的最優(yōu)或次優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡。軌跡規(guī)劃基本概念軌跡規(guī)劃軌跡根據(jù)機(jī)器人關(guān)節(jié)角度信息，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解計(jì)算出機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置和姿態(tài)，常用的有直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等?；谶\(yùn)動(dòng)學(xué)的方法考慮機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)特性，通過(guò)優(yōu)化算法求解使機(jī)器人末端執(zhí)行器達(dá)到目標(biāo)位置和姿態(tài)的最優(yōu)或次優(yōu)關(guān)節(jié)力矩，常用的有基于雅可比偽逆、基于優(yōu)化算法等。基于動(dòng)力學(xué)的方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等人工智能技術(shù)進(jìn)行軌跡規(guī)劃，適用于復(fù)雜環(huán)境和未知任務(wù)。基于人工智能的方法機(jī)器人軌跡規(guī)劃方法03特種機(jī)器人在深海、太空、核輻射等極端環(huán)境下，通過(guò)軌跡規(guī)劃實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)和任務(wù)完成。01工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)線上的裝配、焊接、搬運(yùn)等任務(wù)中，通過(guò)軌跡規(guī)劃實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的自動(dòng)化作業(yè)。02服務(wù)機(jī)器人在醫(yī)療、餐飲、家庭等服務(wù)領(lǐng)域，通過(guò)軌跡規(guī)劃實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、自主導(dǎo)航等功能，提高服務(wù)質(zhì)量。軌跡規(guī)劃在機(jī)器人控制中的應(yīng)用CHAPTER機(jī)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(xué)或生物量并將其轉(zhuǎn)換為可處理和傳輸信號(hào)的裝置。傳感器分類(lèi)02根據(jù)不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，傳感器可以分為多種類(lèi)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(hào)可分為模擬輸出和數(shù)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(xué)或生物效應(yīng)，如電阻變化、電容變化、磁場(chǎng)變化等，將待測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)。傳感器基本概念用于檢測(cè)機(jī)器人關(guān)節(jié)或末端執(zhí)行器的位置，如旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺等。位置傳感器用于檢測(cè)機(jī)器人關(guān)節(jié)或末端執(zhí)行器的速度，如測(cè)速發(fā)電機(jī)、光電編碼器等。速度傳感器用于檢測(cè)機(jī)器人關(guān)節(jié)或末端執(zhí)行器所受的力或力矩，如應(yīng)變片、壓阻式力傳感器等。力傳感器用于檢測(cè)機(jī)器人與周?chē)h(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(jī)器人常用傳感器通過(guò)各種傳感器獲取機(jī)器人周?chē)h(huán)境的信息，如障礙物、地形等，為機(jī)器人導(dǎo)航提供依據(jù)。環(huán)境感知基于感