2.1.1机器人动能和势能的求解

拉格朗日法利用系统能量的微分求出力和力矩,适用于较为复杂下的系统,比如六关节机器人。
拉格朗日函数为:
L=K-P
其中K是系统动能,P是系统势能,L是拉函数。
L对直线位移、角位移和时间求微分可得:
2.动力学分析-拉格朗日法
2.动力学分析-拉格朗日法

其中Fi是所有外力和,Ti是所有外力矩和,xi直线位移,θi角位移,t时间。

动能K的求解。
对机器人连杆来说,连杆上任意一点的速度vi为该点位置对时间的求导。
2.动力学分析-拉格朗日法
该点的动能dKi为。
2.动力学分析-拉格朗日法
该连杆的动能Ki为。
2.动力学分析-拉格朗日法
机器人总动能K为。
2.动力学分析-拉格朗日法
势能P的求解。
2.动力学分析-拉格朗日法
其中,gT是重力矩阵,ri表示连杆质心在坐标系中的位置。
因此拉格朗日函数可以表示为:
2.动力学分析-拉格朗日法

2.1.2求机器人的动力学方程

对朗格朗日函数求导可得机器人的运动方程,最终可化为:
2.动力学分析-拉格朗日法
2.动力学分析-拉格朗日法
其中,第一部分是角加速度-惯量项,第二部分是驱动器惯量项,第三部分是科氏力和向心力项,最后一步分是重力项。对六轴机器人,方程可化为如下:
2.动力学分析-拉格朗日法
代入各数据即可求出每个关节需要施加的力矩。

参考文献
[1] 机器人学导论,[美] John J. Craig 著,贠超 王伟 译,机械工业出版社;
[2]机器人学导论-分析、控制及应用,[美] Saeed B. Niku 著,孙富春 朱纪洪 刘国栋 等译,电子工业出版社。

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