柔性关节机器人动力学分析
柔性机器人的动力学建模与控制
柔性机器人的动力学建模与控制柔性机器人是一类具有柔性和柔顺性的机器人，其外壳和关节采用柔性材料和设计，可以实现更加丰富和自然的运动，更加灵活、安全和适应性。
与传统硬体机器人相比，柔性机器人可以更好地适应不同的工作环境和任务，具有更高的可操作性和可靠性，对人类社会的未来产生了巨大的潜力和影响力。
然而，柔性机器人的动力学建模和控制仍然是一个极具挑战性的问题。
相比于硬体机器人，柔性机器人的形变和运动涉及到复杂的力学和弹性学原理，同时受到环境摩擦和可变负载的影响，使得其动力学行为难以精确建模和预测。
因此，如何对柔性机器人进行动力学建模和控制，是现代控制理论和工程技术中的一大难题，需要专家攻克。
一、柔性机器人的动力学建模在建模柔性机器人的动力学行为时，需要考虑以下几个因素：1. 机器人的几何和动力学参数：包括机器人的长度、关节角度、弹性和质量分布等参数。
2. 机器人的弹性特性：包括弹性变形、弹性恢复和振动等特性，需要采用计算机模拟和实验测试的方法进行分析。
3. 机器人的动力学方程：基于牛顿-欧拉公式和拉格朗日公式，可以建立机器人的动力学方程，并对其进行数值求解和仿真验证。
针对以上因素，我们可以将柔性机器人的动力学建模方法分为以下几类：1. 基于有限元模型的建模方法：该方法通过建立机器人的有限元模型，对机器人的振动和弹性变形进行仿真和分析，可以得到高精度的柔性机器人模型。
2. 基于传送带模型的建模方法：该方法将机器人的柔性部分视为弹性传送带，运用传送带理论对其进行建模和控制，可以有效地降低建模复杂度。
3. 基于状态空间模型和神经网络模型的建模方法：该方法通过构建机器人的状态空间模型和神经网络模型，对机器人的动力学行为进行分析和预测，可以实现更加精确和鲁棒的控制效果。
二、柔性机器人的控制方法在进行柔性机器人的控制时，需要考虑以下几个因素：1. 机器人的运动控制：包括机器人的合理路径规划、速度控制和轨迹跟踪等，以实现机器人的准确执行不同的任务。
柔性机械手系统动力学研究正文大学毕设论文
绪论现代科技的进步促进了机械手的发展，而机械手迅猛发展反过来推动科技不断进步，从上世纪60年代开始经过近五十年的发展，机械手开始应用于各行各业。
制造生产采用机械手，不仅大大提高生产率、缩短生产周期，而且保证产品质量、改善工作环境。
它的研究涉及机械设计、高等机构学、多体系统动力学、传感与信息融合技术、经典控制理论、计算机技术、人工智能、仿生学等多学科，这些相关学科的发展促进机械手向高精度、高可靠、实时性良好方向发展。
机械手动力学分析主要研究机构动力学，研究一直驱动外力的情况下，利用所建立的动力学方程求解速度、加速度、位移，主要用于计算机仿真分析。
早期研究主要为多刚体系统，各部件均视作刚体，忽略部件弹性变形因素，但是随着航空航天、机械工程等领域轻型化、高速化不断发展，考虑运动部件柔性备受关注。
柔性机械手作为典型多柔体系统广泛用于研究。
其动力学分析研究内容是考虑运动过程中关节和连杆的柔性效应带来的动力学效应，主要研究目的有两点：一建立更准确反映实际物理系统动力学模型；二设计相应控制策略抑制柔性机械手运动过程因受到驱动力、惯性力、重力作用下产生的变形和振动，保证机械手末端位姿精度和准确运动轨迹。
针对柔性机械手动力学建模问题，有Lagrange方程方法、Kane方法、旋转代数法、Newton-Euler方法等，对几个动力学建模方法分析对比，指出各种方法优缺点，揭示不同建模存在问题。
在考虑系统柔性的前提下，讨论其发展趋势，包含柔性体在内的多体系统。
1 国内外应用及发展1.1 国内外机械手领域发展趋势机械手是自动控制、可重复编程、在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备，适合于多品种、变批量的柔性生产。
按固定程序进行抓取、装配、搬运，具有高负载自重比、低能耗、低成本，大的操作空间、高速操作能力，追求多种指标（速度、能量、动力学特性）的最佳。
表1-1柔性机械手应用军事设备、医疗仪器、安装设备、家庭体力、航空航海、国防核工业、汽车制造业、家电半导体行业、机械手应用化肥和化工、食品和药品的包装、精密仪器和军事、冲压铸、锻、焊接、热处理、机械制造、电镀、喷漆、装配、轻工业、交通运输业柔性机械手国外发展状况：一、性能提高(高速度/精度、高可靠性、便于操作/维修)，价格不断下降二、模块/可重构化。
面向软体节肢机器人的柔性关节驱动器设计及特性分析
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柔性关节机器人的动力学解耦建模与轨迹跟踪控制
THANKS.
柔性关节机器人结
02
构与运动学分析
机器人结构概述
关节类型
柔性关节机器人通常采用旋转关 节或球形关节，每个关节由电机
驱动并具有较高的自由度。
结构组成
柔性关节机器人由多个关节和连杆 组成，关节之间通过柔性连接杆连 接，使机器人具有较好的适应性和 灵活性。
应用场景
柔性关节机器人广泛应用于装配、 焊接、喷涂等生产制造领域，以及 医疗、救援等特殊领域。
实验结果与讨论
结果
实验结果表明，所提出的动力学解耦模 型能够有效地提高轨迹跟踪精度和控制 稳定性。相较于传统方法，该方法在轨 迹跟踪和鲁棒性方面表现更为优异。
VS
讨论
虽然实验取得了较好的结果，但仍存在一 些局限性。例如，实验中未考虑外部干扰 、关节摩擦等不确定性因素。未来研究将 进一步优化控制算法以适应更复杂的环境 和任务需求。此外，可以结合机器学习方 法对机器人进行更精细的控制和优化。
针对柔性关节机器人的动力学建模与 控制问题进行研究，有助于提高机器 人的运动性能和适应能力，具有重要 的理论和应用价值。
研究现状与发展
01
目前，国内外学者针对柔性关节 机器人的动力学建模与控制问题 进行了广泛研究，取得了许多重 要的研究成果。
02
随着计算机技术和控制理论的发 展，柔性关节机器人的应用领域 不断扩大，对机器人的运动性能 和适应能力的要求也越来越高。
轨迹跟踪控制
04
控制策略与算法设计
模型预测控制（MPC）
基于模型预测控制策略，对机器人关节速度和位置进行优化，实 现轨迹跟踪控制。
滑模控制（SMC）
利用滑模控制算法，根据期望轨迹与实际轨迹的误差，实现快速跟 踪控制。
关节机器人的动力学建模与控制
关节机器人的动力学建模与控制随着科技的进步，机器人在人类生活中发挥着越来越重要的角色。
其中，关节机器人作为一种常见的机器人类型，具备灵活的动作和精确的控制能力，被广泛应用于工业生产、医疗护理、教育娱乐等领域。
关节机器人的动力学建模与控制是实现机器人自主运动和交互的核心技术之一。
本文将从动力学建模和控制两个方面，探讨关节机器人的相关问题。
一、动力学建模动力学建模是对机器人运动所涉及的力学现象和运动学关系进行描述和计算的过程。
在关节机器人的动力学建模中，常涉及到机器人的质量、惯性、摩擦、关节力矩等参数。
通过建立机器人的动力学模型，可以精确描述机器人的运动特性，为后续的控制算法提供准确的基础。
关节机器人的动力学模型主要包括基于牛顿-欧拉法、拉格朗日法和伪逆法等不同数学方法的建模。
牛顿-欧拉法是一种常用的动力学建模方法，基于牛顿定律和欧拉方程，通过考虑关节力矩、重力、惯性力和摩擦力等影响因素，得到机器人的动力学方程。
拉格朗日法则是另一种常用的动力学建模方法，通过对系统的动能和势能进行建模，得到机器人的拉格朗日方程。
伪逆法是一种简化的建模方法，通过使用伪逆矩阵来逼近机器人的动力学方程，简化了复杂的动力学计算过程。
二、控制算法控制算法是关节机器人实现自主运动和交互的重要手段。
在关节机器人的控制算法中，通常包括位置控制、速度控制和力控制等几种主要方式。
这些控制方式可以根据机器人的运动特性和任务需求来选择和应用。
位置控制是最常见的控制方式之一，通过控制机器人的关节位置，实现目标位置和实际位置的一致。
位置控制通常利用PID控制器或者模糊控制器进行实现，通过计算关节位置误差和误差的导数和积分，调节控制器输出，实现位置的精确控制。
速度控制是对关节机器人运动速度进行控制的方式，通过调节关节驱动器的转速，实现机器人的期望速度。
速度控制可以辅助实现精确的位置控制，同时可以快速响应外部环境的变化。
力控制是关节机器人实现力学任务和与人类交互的重要手段。
柔性杆柔性铰机器人刚柔耦合动力学概要
南京理工大学硕士学位论文柔性杆柔性铰机器人刚柔耦合动力学姓名:刘俊申请学位级别:硕士专业:一般力学与力学基础指导教师:章定国20060531摘要随着机器人朝着高速化、精密化、轻质化和大跨度化方向发展,部件的柔性效应交得日益突出。
柔性部件在作大范围运动时,柔性变形与其大范围运动的相互耦合,以及由此而产生的“动力刚化”效应等问题增加了正确分析系统动力学性态的难度,并成为了机器人工程领域的普遍问题和关键技术。
本文在前人研究的基础上,对柔性杆柔性铰机器人刚柔耦合动力学进行了探讨。
同时考虑机器人杆件和铰的柔性变形,其中,柔性杆件变形不仅包括拉伸变形、弯曲变形,还含有扭转变形。
得到一个较完善的多杆全柔机器人模型。
采用4X4的齐次交换矩阵描述部件的位姿,并程式化地计入了杆件“动力刚化”项和铰的质量带来的影响,首次建立了多杆全柔机器人的一次刚柔耦合动力学理论模型,推导出矩阵形式的Lagrange动力学方程。
所得到的方程形式优美,结构清晰,便于计算机编程。
在建模过程分析了矩阵间的递推关系,利用这些关系进行矩阵计算,提高计算效率。
本文在最后还对不同情况下的机器人具体算例进行动力学仿真和分析。
关键词:柔性杆柔性铰机器人一次刚柔耦合动力学AbstractWith the uend of high speed,high precision,light weight and large scale ofmanipulators,the effects of flexible components become moreimportant than before.While the component is undergomg large overall motion,its elastic deformations couples with the motion,which brings some problems such as‘'dynamic stiffening" effect to increase the accuracy of dynamic analysis.These problems become the general problems and key tcchnolo#es in the area of manipulator engineering.ne discussing about the manipulators with flexible links and flexible joints is based on the former researches.m flexible effects of links and joints arc both taken into account.To the deformation ofthe links,not only the mnsinn and bending deflection are considered,but also the torsion deflection.Then the model of flexible manipulatorswith more consideration is giVeIL 4x4homogeneous transformation matrices ale used to describe the positions and orientations of components.111e dynamic stiffeningitem and the mass ofjoints Can be brought into the matric嚣.The first-order rigid-flexible coupling dynamic model of flexible manipulators is built for the first time.劬m which the Lagrange dy砌nic equations in the form of matrices have been deduced.111e equations with a nice form and clear arrangement are effective for proFamming.During the modeling,the re;cursive relation among thematrices isanalyzed,SO that the matricesCan be calculated in an ef=|[icient way. Several examples are simulated and analyzed under different conditions.Key words:flexible link,flexible joi鸸manipulator,first-order rigid-flexible coupling dynamics.Ⅱ声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果,尽我所知,在本学位论文中,除了加以标注和致谢的部分外,不包含其他人已经发表或公肖过的研究成果,也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历箍使耀过的材料。
带有载荷的柔性杆柔性铰机器人刚柔耦合动力学分析
ａ ｄＦ ｅｉｌ－ ｉｔ ｂ ｔ Ｃ ｒｙｎ ａ ｌａ ｎ ｌ ｂｅｊ ｎ ｏｓ ａ ｒ ｉｇＰ ｙｏ ｄ ｘ ｏ Ｒｏ
Ｃ Ｅ ｉ ｉ， Ｈ ＮＧ Ｄｎ —ｕ Ｈ Ｎ Ｓ－ａ Ｚ Ａ ｉｇｇ ｏ ｊ
（ ｃｏ ｌ ｆ ｃｅｃｓ Ｎ Ｓ Ｎ ｎｉｇ １０ ４ Ｃ ｉａ Ｓｈ ｏ ｏ ｉ ｅ ， Ｕ Ｔ， ａｊ ０ ９ ， ｈｎ ） Ｓ ｎ ｎ２
ｃｒ ｉｇａｐ ｙ ａ ｒｓｎｅ ． ｈ ｅｉｉｔ ｏ ｅｆ ｘｂｅｊｉｔ ｓｍ ｄｌｄａ ｉｅｒ ｌｓｃ ａ ｙ ａｌ ｄ ｉ ｐｅｅｔｄ Ｔ ｅｆ ｘቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｌｙ ｆｔ ｅｉｌ ｏｎ ｉ ｏ ｅ ｓａｌ ａｌ ｅ ｔ ｒｎ ｏ ｓ ｌ ｉ ｈ ｌ ｅ ｎ ｙ ａｉ
中图分 类号 ：３３７ Ｏ １．
文章 编号 ：０ ５ ９ ３ （０２ ０ — １２ ０ １０ — ８０ ２ １ ） １０ ８ — ７
Ｒｉ ｉ ・ ｅ ｉ ｌ ｕ ｌ ｇ Ｄｙ ａ ｉ ｓ ｏ ｅ ｉ ｌ －ｉ ｋ ｇ ｄ— ｘ ｂ ｅ Ｃｏ ｐ ｉ ｎ ｍ ｃ ｆ Ｆｌｘ ｂ ｅ－ ｎ ｌ ｆ ｎ ｌ
柔性关节机器人的凯恩动力学建模与仿真分析
渊员冤
圆援 员摇 求偏角速度与偏速度
摇 摇 凯恩方法中的偏速度或偏角速度并不是速度
收稿日期院圆园员缘 原 员员 原 员苑 基金项目院江苏省研究生培养创新工程渊 杂允蕴载赃园员员怨冤 曰中央高校基本科研业务费专项资金资助 作者简介院崔文渊员怨怨园要冤 袁男袁江苏徐州人袁南京航空航天大学硕士研究生袁主要研究方向为机器人动力学与控制遥
学方程
以 灶 自由度柔性关节机器人为模型进行凯恩
方程的推导袁且所有 关 节 均 为 旋 转 关 节遥 定 义 广 义 速率为扭转弹簧两端的速率袁即 兹觶 蚤 与 择觶 蚤袁其中 蚤 越 员袁噎袁灶遥对于 灶 自由度的柔性关节机器人袁共有 圆灶
个广义速率院
哉躁 越
兹觶 躁 袁躁 越 员袁噎袁灶 择觶 躁原灶袁躁 越 灶 垣 员袁噎袁圆灶
图 员摇 柔性关节简化模型
速装置后输出的转角曰择蚤 为连杆的角位移袁即经过 扭转弹簧后输出的转角曰晕蚤 为减速装置的传动比曰 允蚤 为电机转子的转动惯量曰陨蚤 为机器人连杆的转动 惯量曰噪蚤 为扭转弹簧的弹性系数遥着蚤 为扭转弹簧变 形所引起的变形转角袁着蚤 越 择蚤 原 兹蚤 遥
圆摇 用凯恩方法建立柔性关节机器人的动力
阅韵陨院员园援 猿怨远怨 辕 躁援 蚤泽泽灶援 圆园怨缘 原 缘园怨载援 圆园员缘援 员圆援 园园圆
柔性关节机器人的凯恩动力学建模与仿真分析
崔摇 文袁李成刚袁林家庆袁谢志红
渊 南京航空航天大学机电学院袁江苏 南京摇 圆员园园员远冤
摘要院针对柔性关节机器人的动力学建模问题袁首先在已存在的柔性关节机器人凯恩动力学求解 方法的基础上对广义主动力的求解进行分类与合并袁详细地推导出传动比不为 员 的多连杆柔性 关节机器人的动力学方程遥 然后分别运用 粤阅粤酝杂 与 杂 函数对柔性关节机器人进行正动力学仿 真与数值仿真遥 最后通过对比仿真袁证明了用凯恩方法建立的柔性关节机器人动力学方程的正 确性遥 关键词院凯恩方法曰柔性关节曰传动比曰粤阅粤酝杂曰杂 函数 中图分类号院栽匀员员猿摇 摇 摇 文献标志码院粤摇 摇 摇 文章编号院圆园怨缘 原 缘园怨载渊圆园员缘冤员圆 原 园园园缘 原 园缘
柔性关节机器人的模糊反步自适应位置控制
柔性关节机器人的模糊反步自适应位置控制柔性关节机器人是一种具有柔软关节和柔软结构的机器人系统。
它的关节结构由柔性杆件组成，通过电机驱动实现关节的运动。
在实际应用中，柔性关节机器人面临着多种挑战，如动力学参数的不确定性、外部扰动的影响、非线性特性等。
为了解决这些问题，本文提出了一种模糊反步自适应位置控制方法，以提高柔性关节机器人的控制精度和鲁棒性。
本文介绍了柔性关节机器人的数学模型。
柔性关节的动力学模型包括关节电机模型、电流-力矩转换模型和关节柔性杆件模型。
利用这些模型，可以建立柔性关节机器人的运动学和动力学方程。
接下来，本文提出了一种模糊反步控制器的设计方法。
模糊控制器能够处理输入量和输出量之间的模糊关系，具有较好的鲁棒性和适应性。
反步控制器能够通过逐步调整控制器增益来实现控制精度的提高。
将这两种控制方法结合起来，可以有效地解决柔性关节机器人的位置控制问题。
在设计模糊反步控制器时，首先需要设计模糊控制器的输入和输出。
输入变量可以选择为关节位置误差和速度误差，输出变量可以选择为电流指令。
接下来，采用模糊规则来描述输入与输出之间的关系。
模糊规则可以通过经验或专家知识来确定，也可以通过实时的训练方法来获取。
然后，本文介绍了自适应控制方法的设计。
自适应控制方法可以根据系统的动态特性来调整控制参数，以提高控制性能。
在柔性关节机器人的位置控制中，自适应方法可以用来调整模糊控制器的增益参数，以适应不同的工作场景。
本文通过实验验证了所提出方法的有效性。
实验结果表明，模糊反步自适应控制方法能够实现柔性关节机器人的位置控制，并且具有较好的控制性能和鲁棒性。
柔性机器人的力学分析与优化
柔性机器人的力学分析与优化柔性机器人作为近年来快速发展的机器人技术，其具备灵活性强、适应性高等特点，广泛应用于工业、医疗、服务等领域。
在柔性机器人的设计和优化中，力学分析是一个至关重要的环节。
本文将对柔性机器人的力学分析与优化进行探讨，以期提供一些有益的参考和指导。
一、柔性机器人力学分析的基本原理柔性机器人的力学行为主要由三个关键因素决定：机器人本体的材料性质、机器人结构的刚度以及施加在机器人上的外部载荷。
为了进行力学分析，需要建立适当的数学模型。
常用的数学模型包括杆模型、连续模型和有限元模型。
杆模型适用于简单的柔性机器人结构，可以通过刚体和弹簧组成的链条进行建模。
连续模型则适用于较为复杂的柔性机器人结构，可以通过偏微分方程进行描述。
有限元模型是一种常用的力学分析方法，通过将柔性机器人结构离散为多个小单元进行建模，可以较准确地预测机器人的力学行为。
二、柔性机器人力学优化的目标与方法柔性机器人的力学优化旨在提高其性能和工作效率。
在力学优化过程中，可以选择不同的目标函数和方法来实现优化。
常见的优化目标包括最小化挠度、最大化刚度和最小化能量消耗等。
优化方法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。
在柔性机器人的力学优化中，需要考虑以下几个方面：1. 结构设计优化：通过改变机器人的结构参数来优化其力学性能，例如调整材料的厚度和形状，改变连接方式等。
2. 控制策略优化：通过优化控制算法来最大程度地减小机器人的挠度和能量消耗，提高机器人的运动精度和效率。
3. 工作环境优化：考虑不同工作环境下机器人的力学行为，根据实际需求进行相应的优化。
三、柔性机器人力学分析与优化案例以下是某柔性机器人力学分析与优化的案例，以说明该过程的具体步骤和方法。
1. 案例描述：某柔性机器人用于进行物料搬运任务，需要在尽量短的时间内完成指定的任务。
2. 力学分析：利用有限元方法对柔性机器人进行力学分析，建立其数学模型。
通过施加不同的外部载荷，计算机器人的挠度和应力分布情况。
柔性机器人动力学建模与运动控制
柔性机器人动力学建模与运动控制柔性机器人是一种特殊类型的机器人，其关节以柔性器件取代了传统的刚性结构，且机器人身体呈现出类人型的结构。
由于其扭曲和弯曲能力，柔性机器人拥有传统机器人无法比拟的灵活性以及使用场景的扩展性，特别是在高度重复的工作领域和狭小空间中准确操作的优势非常明显。
但是，由于柔性机器人的惯性和非线性行为的存在，其动力学建模和运动控制也比传统机器人更为复杂。
因此，柔性机器人的动力学建模以及运动控制成为了该领域的重要研究方向之一。
柔性机器人的动力学建模首先需要对柔性结构进行建模。
根据构造方式和柔性部分的几何形状，可以将柔性结构模型分为连续杆 (Beam) 模型、连续壳（Shell）模型和连续弦（String）模型。
其中，连续杆模型是目前使用最为广泛的一种柔性结构模型，其用作建立柔性机器人的动力学模型也得到了重视。
连续杆模型假设柔性结构为非直线形态，其动力学方程首先考虑连续杆模型受到的内部剪力和弯矩的作用，然后加载特定的动力学模型和控制器进行运动控制。
柔性机器人的非线性行为包括但不限于惯性效应、柔性振动、接触和撞击等。
在柔性机器人的动力学分析中，这些非线性效应必须被纳入考虑。
其中，柔性振动是最常见的非线性效应之一。
柔性杆的自然频率取决于杆的几何形状、杆的固有物理特性和外部载荷等因素。
为避免柔性结构的自然频率在运动过程中和控制频率匹配，需要对运动轨迹进行优化处理，以降低杆的振幅和振荡频率。
柔性机器人的运动控制是针对其柔性结构特性而设计的。
从控制方法上，柔性机器人的运动控制可以分为基于模型的控制、自适应控制和视觉反馈控制等。
基于模型的控制需要建立柔性机器人的动力学模型，并为柔性机器人提供理论指导。
自适应控制采用柔性机器人测量结果和控制输入之间的反馈循环，可以实时调整控制策略，从而使柔性机器人达到较好的控制效果。
视觉反馈控制基于传感器获取的视觉信息，实现对柔性机器人的位移、速度和姿态状态的实时掌控。
软体机器人运动学与动力学建模综述
软体机器人运动学与动力学建模综述一、本文概述随着科技的飞速发展，软体机器人作为一种新兴的技术领域，正在吸引着越来越多的研究关注。
作为一种具有高度灵活性和适应性的机器人，软体机器人在医疗、航空、深海探索等众多领域展现出巨大的应用潜力。
然而，软体机器人的运动学与动力学建模一直是制约其进一步发展的关键因素之一。
本文旨在对软体机器人的运动学与动力学建模进行综述，梳理相关领域的研究成果，以期为未来软体机器人的设计与应用提供理论支持。
本文首先介绍了软体机器人的基本概念和分类，阐述了其相较于传统刚性机器人的独特优势。
接着，详细阐述了软体机器人运动学建模的基本原理和方法，包括基于几何关系的建模、基于能量原理的建模等。
在动力学建模方面，本文重点介绍了软体机器人动力学模型的构建过程，包括质量分布、惯性矩阵、刚度矩阵等的确定，以及动力学方程的建立与求解。
本文还综述了软体机器人在运动学与动力学建模过程中面临的挑战与问题，如模型复杂性、参数辨识、实时控制等。
对国内外在软体机器人建模领域的最新研究进展进行了梳理和评价，以期为读者提供一个全面、深入的软体机器人运动学与动力学建模的参考框架。
本文展望了软体机器人运动学与动力学建模的未来发展趋势，提出了可能的研究方向和应用领域，为相关领域的研究者提供了一定的参考和启示。
二、软体机器人运动学建模软体机器人运动学建模是研究和描述软体机器人运动规律的重要方法。
与传统的刚性机器人不同，软体机器人由于其结构的柔软性和可变形性，其运动学建模过程更为复杂。
在软体机器人的运动学建模中，主要关注的是机器人末端执行器或特定点的位置、速度和加速度等运动学参数，而不涉及机器人的内部应力、应变等动力学因素。
软体机器人的运动学建模通常基于几何学和运动学原理。
一种常用的方法是基于连续介质力学的理论，将软体机器人视为连续变形的弹性体，通过描述其形状和位置的变化来建立运动学模型。
另一种方法是基于离散元法，将软体机器人划分为一系列离散的单元，通过描述这些单元之间的相对位置和关系来建立运动学模型。
柔索牵引并联机器人力学分析及稳定性评价
柔索牵引并联机器人力学分析及稳定性评价首先，机器人的运动学分析是指研究机器人各关节位置、速度和加速度之间的关系。
由于柔索传输装置的特殊性，每个绳索上的张力和长度都会影响机器人的运动特性。
因此，需要利用逆运动学方法求解绳索张力和绳索长度与机器人关节位置之间的关系。
其次，机器人的动力学分析是指研究机器人在给定力和动力的作用下的运动规律。
通过牛顿-欧拉等动力学模型，可以推导出机器人各关节的动力学方程，从而计算出各关节的力和力矩。
而在柔索牵引并联机器人中，绳索的张力也会对机器人的动力学特性产生重要影响，需要将绳索张力作为输入量考虑进动力学方程中。
进一步，约束力分析是指研究机器人受到约束时的力学情况。
在柔索牵引并联机器人中，绳索的张力会产生约束力，限制机器人的运动。
通过对绳索张力的分析，可以计算出约束力对机器人的影响，从而进行运动规划和轨迹控制。
最后，柔索牵引并联机器人的输运模型是指研究机器人在柔性绳索的带动下运载物体的模型。
柔索牵引机器人可以利用绳索实现对物体的抓取和搬运，因此需要建立机器人和物体之间的力学模型，用于计算绳索的张力和长度。
柔索牵引并联机器人的稳定性评价包括静态稳定性和动态稳定性。
静态稳定性是指机器人在静止状态下的稳定性分析，主要考虑机器人的平衡和支撑能力。
通过对机器人的力学平衡分析，可以评估机器人的静态稳定性。
动态稳定性是指机器人在运动状态下的稳定性分析，主要考虑机器人的动力和控制能力。
通过对机器人的动力学分析和控制系统设计，可以评估机器人的动态稳定性。
综上所述，柔索牵引并联机器人力学分析和稳定性评价涉及运动学分析、动力学分析、约束力分析和输运模型的建立，并包括静态稳定性和动态稳定性的评估。
这些研究内容对于柔索牵引并联机器人的设计和控制具有重要意义，可以提高机器人的运动性能和工作效率。
柔性机械手臂的建模与仿真分析
柔性机械手臂的建模与仿真分析引言柔性机械手臂是一种新兴的机器人技术，其具备高度柔性和精确控制的特点，广泛应用于各个领域，如工业制造、医疗护理和服务行业等。
本文将介绍柔性机械手臂的建模和仿真分析方法，以及其在实际应用中的意义。
一、柔性机械手臂的基本原理柔性机械手臂由柔性杆件和关节组成，其柔性杆件是通过弯曲、伸缩和扭转等形变实现运动。
为了实现精确控制，柔性机械手臂需要建模和仿真分析。
二、柔性机械手臂的建模方法1. 杆件建模：柔性机械手臂的杆件建模是建立其几何和物理属性的基础。
可以采用有限元方法对柔性杆件进行建模，通过划分杆件为小单元，并考虑其材料特性和几何形状，可以得到杆件的刚度和弯曲响应等信息。
2. 关节建模：柔性机械手臂的关节部分需要考虑其运动学和动力学特性。
可以通过旋转关节或弹性关节进行建模，在进行关节建模时，需要考虑其摩擦、阻尼和刚度等参数，并将其与杆件模型相连接。
三、柔性机械手臂的仿真分析方法1. 运动学分析：柔性机械手臂的运动学分析是确定其末端执行器位置和方向的过程。
可以通过数学建模和仿真分析获得机械手臂在不同关节角度下的末端位姿，进而实现路径规划和轨迹生成。
2. 动力学分析：柔性机械手臂的动力学分析是研究其运动过程中产生的力和扭矩等参量的过程。
通过动力学建模和仿真分析，可以得到机械手臂的运动学及动力学性能指标，为控制策略的设计提供依据。
3. 控制策略设计：柔性机械手臂的控制策略设计是实现精确控制和运动规划的关键。
可以采用PID控制、自适应控制和模糊控制等方法，通过仿真分析确定最佳的控制参数，并进行实时控制系统的设计和调试。
四、柔性机械手臂的应用意义柔性机械手臂在工业制造、医疗护理和服务行业等领域具有广泛的应用前景。
在工业制造领域，柔性机械手臂可以实现精准装配和柔性生产，提高生产效率和质量；在医疗护理领域，柔性机械手臂可以实现精确的手术操作和康复治疗，为患者提供更好的医疗服务；在服务行业，柔性机械手臂可以代替人工完成一些重复性和危险的工作，提高工作效率和安全性。
新型柔性机器人运动学研究及应用探索
新型柔性机器人运动学研究及应用探索近年来，科技的发展已经取得了许多令人惊奇的成果，而机器人技术则是其中掀起了一股波澜。
而新型柔性机器人则是机器人技术的一个最新研究领域。
新型柔性机器人是一种采用柔性、可调节的材料，在机器人的制造中加入更多的人工智能技术，形成的一种新型的机器人系统。
这种机器人具有外形柔软、高灵活性、高稳定性和高视觉感知能力等特点。
在机器人研究领域里，运动学研究是非常重要的一环。
而对于新型柔性机器人这样的高灵活性机器人，运动学问题则更加复杂和关键，运动学的研究更是有着重要的意义。
因此，本文就新型柔性机器人的运动学研究及应用进行一番的探讨。
一、新型柔性机器人的基本结构新型柔性机器人的基本结构，与传统的机器人相比，最大的不同就体现在了机器人外形柔软的特点上。
这样的机器人外观通常采用柔性可调节材料，这种材料具有极强的适应性，而在机器人的制造上，大大小小的各种轴线部件等都有机会被取代，同时还可以加入更多的人工智能技术，形成完美的新型机器人系统。
在新型柔性机器人的设计过程中，有几个关键元素要特别注意：1、操作面对于新型柔性机器人来说，机器人有一个重要的组成部分，那就是机器人的操作面，在此处，机器人进行操作的工具需要有一些弯曲和状态调整的调整空间，这与传统上的机器人设计是完全不同的。
2、运动模型新型柔性机器人的基础是探索多自由度运动的机型，通过这种设计思路，新型机器人被赋予了具有高度灵活性和自适应性的特点，使其可以在复杂环境中能够快速地适应各种复杂的情况，完成预期的任务。
3、柔性传感器传统上的机器人在操作时，它的动作是由固定的触发模型来决定的，并且有一定的约束条件。
而新型柔性机器人则针对传感器方面的需求，采用柔性传感器，这样可以在非常宽广的空间内实现高精度的物体感知，能够实现更加自由的运动。
二、柔性机器人的运动学问题新型柔性机器人的运动学问题相比传统机器人要更加复杂，原因在于新型机器人的骨骼结构是由柔性的连接部件构成。
柔性机器人碰撞动力学效应研究的开题报告
柔性机器人碰撞动力学效应研究的开题报告1.选题的背景和意义柔性机器人近年来得到了越来越多的关注，它的优点在于柔顺、灵活、适应性强以及对环境的适应性。
然而，与刚性机器人相比，柔性机器人在运动过程中往往会有更多的非线性、柔性振动和复杂的碰撞过程，这些因素导致了机器人的运动控制变得更加困难，并产生了很多新的问题。
其中，柔性机器人的碰撞动力学效应问题是一个至关重要的问题，但在目前研究中还没有得到充分的重视。
事实上，柔性机器人的碰撞动力学效应涉及到多个方面，如碰撞过程中机器人的变形、能量的传递、力矩的变化等，这些效应不仅影响着机器人的运动及其控制，还会对机器人及其周围环境产生影响。
因此，探究柔性机器人碰撞动力学效应，对于理解机器人的运动、控制，以及其工作环境及安全性等方面都有着重要的意义。
2.研究的内容和方法本文将重点探究柔性机器人碰撞动力学效应问题，研究内容包括：（1）柔性机器人碰撞仿真模型的建立和验证。
建立柔性机器人的动力学模型，对其进行仿真验证，为后续研究提供基础。
（2）柔性机器人碰撞过程中机器人变形的分析与研究。
分析碰撞过程中机器人的变形情况，探究其与碰撞力矩、碰撞速度等因素的关系。
（3）柔性机器人碰撞过程中能量的传递与转化研究。
分析碰撞过程中机器人能量的传递与转化机理，探究其与碰撞的体系参数、初速度等因素的关系。
（4）柔性机器人碰撞后的运动控制和规划问题。
研究柔性机器人碰撞后的运动控制和规划问题，探究其与碰撞参数、机器人细节设计等因素的关系。
研究方法包括：理论分析、计算仿真、实验验证等。
3.预期研究结果和意义本研究旨在深入探究柔性机器人碰撞动力学效应问题，预期取得如下研究成果：（1）建立柔性机器人碰撞过程的仿真模型，验证其有效性。
（2）深入分析柔性机器人碰撞过程中机器人的变形情况及其机理，探究其与碰撞力矩、碰撞速度等因素的关系。
（3）分析碰撞过程中机器人能量的传递与转化机理，探究其与碰撞的体系参数、初速度等因素的关系。
柔性机器人的动力学研究（精选5篇）
柔性机器人的动力学研究（精选5篇）第一篇：柔性机器人的动力学研究柔性机器人的动力学研究摘要：现代机械向高速、精密、轻型和低噪声等方向发展，为了提高机械产品的动态性能、工作品质，必须十分重视机构动力学的研究。
特别对于高速运行的机器人，在外力与惯性力作用下，构件的弹性变形不可忽略，它不仅影响了机构的轨迹精度和定位精度，破坏系统运行的稳定性和可靠性，同时降低了工作效率和整机的使用寿命。
对有害动态响应的消减是机械动力学研究的重要问题。
本文以柔性机器人为例，阐述了柔性机器人动力学分析的研究现状及其发展趋势，对Lagrange法，有限元法、变Newton-Euler方法、Kane方法等方法进行了详细阐述和比较为柔性机器人的控制和优化设计提供科学基础。
关键字：柔性机器人动力学Lagrange 变Newton-Eule方法Kane方法有限元法Dynamics of Flexible Manipulators Name: Liu FuxiuStudent ID: 1211303007(Mechanical Engineering of Guangxi University, Mechanical Design and Theory 12 research)Abstract: The modern machinery to speed, precision, lightweight, and low noise direction, in order to improve the dynamic performance and quality of work of mechanical products, Research into the dynamics must be attached great importance to institutions.Especially for high-speed operation of the robot, under the external force and inertial force, the elastic deformation member can not be ignored, it only affects the body path accuracy and positioning accuracy, destroy the stability and reliability of the system, while reducing the efficiency and whole life.Abatement of hazardous dynamic response is an important issue of mechanical dynamics.In this paper, flexible robot, forexample, describes the flexible robot dynamics analysis of present situation and development trend of the Lagrange method, finite element method, variable Newton-Euler method, Kane method and other methods were described in detail and compared to the flexible robot control and optimize the design to provide a scientific basis.Keywords: flexible robot dynamics Lagrange Newton-Euler method FEM method Kane finite element method 1 引言现代科学技术的发展和进步产生了机器人，机器人是机器进化和技术进步的必然结果，而机器人技术有促进生产力的发展。
变形机器人关节运动学与动力学研究
变形机器人关节运动学与动力学研究随着科技的不断进步，机器人技术在各个领域的应用越来越广泛。
其中，变形机器人作为一种新型的机器人系统，具备灵活的形态变化能力，可以在不同环境中完成多样的任务。
而变形机器人的关节运动学和动力学研究则是实现其形态变化以及优化运动控制的关键。
关节运动学研究是变形机器人研究的基础，主要研究机器人各个关节的运动学特性。
关节运动学研究是为了精确描述机器人的工作空间和自由度以及各个关节之间的关系。
通过对关节的位置、速度和加速度等参数的研究，可以有效地控制机器人的运动。
变形机器人的动力学研究是为了探索机器人的力学行为，揭示机器人在运动过程中受到的力和力矩的分布规律。
通过动力学分析，可以优化机器人的设计和控制，提高机器人的运动性能和工作效率。
变形机器人的关节运动学和动力学研究对于机器人的智能控制和形态变化至关重要。
通过对关节的运动学和动力学特性的研究，可以实现机器人的准确控制和运动规划。
同时，关节运动学和动力学研究还可以为机器人的结构设计、力学分析和控制算法提供重要的参考和指导。
在关节运动学研究中，需要详细地分析机器人各个关节之间的连杆关系、位姿变换和运动约束等信息。
通过建立关节的正逆运动学模型，可以精确描述机器人的运动特性。
同时，还需要考虑机器人的非理想性因素，如摩擦、载荷和惯性等，以提高模型的准确性。
另一方面，动力学研究主要关注机器人运动过程中的力学特性。
通过分析机器人受力和力矩的分布情况，可以揭示机器人关节的动力学行为。
此外，还需要考虑机器人运动过程中的动态特性，如惯性、阻尼和刚度等因素，以制定合适的控制策略。
在实际应用中，变形机器人的关节运动学和动力学研究对于实现机器人的形态变化和高效工作至关重要。
例如，在救援任务中，变形机器人可以通过不同的关节运动实现从行走到攀爬的形态变化，从而适应不同的地形和环境。
而通过动力学研究，可以控制机器人的动作力度和力矩分布，提高机器人的工作效率和稳定性。
柔性关节机器人的动力学解耦建模与轨迹跟踪控制
主要方法
基于动力学模型的方法、 基于状态反馈的方法、基 于观测器的方法等。
基于状态反馈的解耦控制策略设计
状态反馈控制
通过测量系统的状态变量，根据这些 状态变量计算控制输入，以实现系统 的解耦控制。
状态反馈解耦控制策略
稳定性分析
分析状态反馈解耦控制策略的稳定性 ，确保系统在解耦控制下的稳定性。
设计适当的反馈增益矩阵，使得各个 关节之间的耦合效应最小化。
轨迹跟踪控制
根据给定的轨迹，通过调 整控制输入，使机器人末 端执行器的位置和姿态跟 踪给定轨迹。
03
柔性关节机器人动力学解耦控 制
动力学解耦控制原理与方法
耦合效应
柔性关节机器人在运动过 程中，各个关节之间的耦 合效应导致系统复杂性增 加。
解耦控制原理
通过设计适当的控制策略 ，实现各个关节之间的解 耦，降低系统复杂性。
优化方法
根据性能评价指标，对解耦控制策略 进行优化，提高系统的性能。
04
柔性关节机器人轨迹跟踪控制
轨迹跟踪控制原理与方法
定义
轨迹跟踪控制是一种使机器人末 端执行器按照期望轨迹运动的方
法。
主要方法
基于模型的控制、学习控制、混合 控制等。
控制目标
减小实际轨迹与期望轨迹之间的误 差。
基于模型预测的轨迹跟踪控制策略设计
运动学模型
描述机器人末端执行器在机器人坐标 系中的位置和姿态，包括位置坐标和 方向。
刚体动力学建模方法
牛顿-欧拉法
基于牛顿第二定律和欧拉方程，建立机器人刚体的动力学方 程。
拉格朗日法
通过计算拉格朗日函数，得到机器人刚体的动力学方程。
柔性体动力学建模方法
有限元法
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柔性关节机器人动力学分析
王鸿熠;韩先国
【摘要】近年来,工业机器人以其机动、灵巧等特点,开始应用于越来越多的领域.但串联机器人刚度较差,使得其应用场景受到了一定的限制.采用拉格朗日法,建立了考虑关节柔性的机器人动力学模型,并规划了机器人运动轨迹.建立了Simulink仿真模型,得出了机器人各关节角度在指定运动情况下的关节变形情况,并分析了机器人末端振动情况.
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2018(000)007
【总页数】2页(P88-89)
【关键词】工业机器人;关节柔性;拉格朗日动力学;末端振动
【作者】王鸿熠;韩先国
【作者单位】北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京 100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京 100191
【正文语种】中文
自诞生至今，工业机器人在工业领域得到了越来越多的应用[1]。
近年来，除了在传统的焊接、喷涂等领域的应用外，工业机器人以其机动、灵巧等特点，开始越来越多地应用于航空航天领域[2-3]。
但串联机器人刚度较差，使得其应用受到了一定的限制。
机器人动力学是对机器人刚度分析及振动分析的重要基础。
本文以ABB IRB4600
机器人为对象，建立了考虑关节柔性的动力学模型，并给定了机器人运动轨迹，分析了机器人运动过程中的关节变形情况。
1 关节柔性模型简化
1.1 机器人柔性来源分析
串联型工业机器人的柔性主要体现在两个方面，即连杆柔性和关节柔性[4]。
连杆
柔性表现为机器人各杆在力的作用下发生变形。
关节柔性表现为各个关节在力的作用下发生形变。
通常，机械臂各连杆刚度大于关节刚度，机器人连杆变形可以忽略，现仅考虑机器人关节柔性造成的影响[5]。
关节柔性造成的影响主要有两点。
一是在机器人运动过程中，机器人各关节受到驱动力作用，产生关节变形，该形变影响了机器人的绝对定位精度。
二是机器人的振动，其主要体现在两个方面：当机器人运动结束后，各关节的变形依然存在，随着运动过程中积累的能量释放，系统出现残余振动；机器人在某一位姿下，受到变化的外部力作用，各关节变形也随之改变，导致系统振动。
本文重点分析机器人运动过程中及运动结束后机器人关节角度及末端振动情况。
1.2 关节柔性模型简化
spong在1987年首先提出了柔性关节简化模型。
该简化模型对于实际关节有如
下假设：机器人关节在关节力作用下只存在微小变形，该变形处于线弹性范围内，机器人各关节可视作线性扭簧；电机转子轴线与关节轴线同轴，可将电机转子视为质量均匀的轴对称刚体；将电机视为理想力矩源，与机械动力学相比，电机电气动力学足够快，可以忽略其动力学影响。
根据以上假设，可以将机器人关节简化为一线性扭簧（扭簧刚度为k）。
2 机器人运动学分析
2.1 机器人坐标系建立
机器人坐标系建立是机器人运动学分析及动力学分析的前提。
采用前置D-H参数法，建立IRB4600关节型机器人连杆坐标系，如图1所示。
图1 机器人连杆坐标系示意图
2.2 机器人正向运动学
机器人相邻两杆间的位姿变化矩阵可以表示为i可以得到机器人末端相对于机器人基坐标系的齐次变换矩阵为：
3 关节柔性机器人模型
3.1 柔性关节机器人动力学
拉格朗日法推导机器人系统动力学方程的步骤可以概括为：（1）选取机器人关节坐标系、电机转子转角坐标系为广义坐标；（2）求解系统动能表达式，包括连杆动能与电机钻子动能；（3）求解连杆与电机转子势能；（4）构造拉格朗日函数并推导动力学方程。
关节柔性的机器人连杆系统动力学方程可以表示为：
式中：τext为外力作用下关节力矩；M(q)为质量矩阵；H(q,q˙)为非线性科氏力和离心力矢量；G(q)为重力项；K=diag(k1,k2,k3,k4,k5,k6)为关节刚度矩阵；
D=diag(d1,d2,d3,d4,d5,d6)为关节阻尼矩阵。
3.2 关节柔性机器人运动仿真
3.2.1 关节空间的轨迹规划
在关节空间内采用三次多项式进行轨迹规划。
对于关节i，驱动机构输出转角θi可表示为时间的函数，设其三次多项式参数为ai0、ai1、ai2、ai3，即：
给定机器人各关节首末角度及运动时间，即可确定机器人电机输出转角、角速度随
时间的变化规律。
表1为机器人关节转角变化情况，设定运动时间为2.5s。
机器人在运动首末端点的速度值均为0，得到三次多项式各项系数。
表2 运动仿真起始值与终止值关节序号 1 2 3 4 5 6起始姿态27.2° -88.4° 7.1° -178.0° -76.6° -115.1°终止姿态26.5° -90.3° 9.1° -177.7° -76.5° -118.0°
3.2.2 Simulink运动仿真分析
在机器人运动过程，机器人末端所受广义外力为0，可将式（2）改写为：
需要注意的是，式（4）中各项的刚度不同，在数值分析中，该种形式的微分方程被称为刚性方程，又被称为病态方程。
病态方程的求解相较于通常的微分方程更为困难，MATLAB中的simulink仿真模块包含多种求解方法，其中的ODE15s求解方法属于一种多步预测算法，适合求解大刚度系统的微分方程。
在simulink中搭建仿真模型，可以得出机器人运动过程中及运动结束后，机器人各关节的变形情况及关节角度随时间的变化情况，通过式（1）即可得到机器人末端位置在机器人基坐标系中X、Y、Z三个轴方向的误差值，如图2所示。
图2 机器人末端振动随时间的变化规律
分析图2可得，在机器人运动过程中，由于关节柔性的存在，机器人末端位置与理论位置之间存在误差，该误差随着运动时间的延续表现为末端振动情况。
在运动结束后，机器人末端位置与理论位置并不重合，这是由于重力因素造成的。
4 结论
本文采用D-H参数建立了机器人连杆坐标系，求得了机器人运动学模型。
采用拉格朗日法建立了考虑关节柔性的机器人动力学模型。
在制定机器人各关节运动首末关节角度值和运动时间后，对机器人的运动轨迹在关节坐标系内进行了三次多项式运动规划。
建立了simulink仿真模型，得出了机器人各关节角度在指定运动情况下的关节变形情况，并分析了机器人末端振动情况，这对于工业机器人动力学相关
研究有一定的借鉴意义。
参考文献
【相关文献】
[1]陶永，王田苗.我国工业机器人技术现状与产业化发展战略[J].机械工程学报，2014，50（9）：1-13.
[2]邹方.飞机装配迎来机器人时代[J].航空制造技术，2009，（24）：34-37.
[3]冯华山，秦现生，王润孝.航空航天制造领域工业机器人发展趋势[J].航空制造技术，2013，（19）：32-37.
[4]章定国，芮筱亭.多杆空间柔性机器人递推拉格朗日动力学建模和仿真[J].应用数学和力学，2009，30（10）：1202-1212.
[5]沈孝栋，刘长毅，张柏寿.考虑关节柔性的机器人制孔过程动力学仿真[J].机械设计与制造，2015，（3）：196-200.。