机器人动力学牛顿欧拉方程教学课件目录•机器人动力学概述•牛顿欧拉方程基础•机器人动力学建模•基于牛顿欧拉方程的机器人动力学分析•机器人动力学控制策略•实验验证与结果分析01机器人动力学概述机器人动力学定义机器人动力学定义研究机器人运动过程中，各关节驱动力矩与机器人运动状态之间的关系。动力学方程描述机器人关节驱动力矩、关节运动状态及外力之间的关系。机器人动力学研究内容逆向动力学已知机器人运动状态，求解关节驱动力矩。正向动力学已知关节驱动力矩，求解机器人运动状态（位置、速度、加速度）。动态特性分析研究机器人在不同运动状态下的动态特性，如稳定性、响应速度等。机器人动力学研究方法牛顿-欧拉方程法基于牛顿第二定律和欧拉方程，建立机器人关节驱动力矩与运动状态之间的关系方程。拉格朗日方程法基于拉格朗日方程，建立机器人系统动能与势能之间的关系方程，进而求解关节驱动力矩。02牛顿欧拉方程基础牛顿第二定律定义描述物体在受到外力作用时的运动规律，即力和加速度之间的关系。表达式F=ma，其中F为物体受到的合力，m为物体的质量，a为物体的加速度。适用范围宏观低速运动的物体。欧拉方程定义描述刚体在受到外力矩作用时的角运动规律，即力矩和角加速度之间的关系。表达式M=Jα，其中M为刚体受到的合力矩，J为刚体的转动惯量，α为刚体的角加速度。适用范围刚体的定点转动。牛顿欧拉方程推导基于牛顿第二定律和欧拉方程，可以推导出机器人动力学中的牛顿欧拉方程。推导过程：首先根据机器人的连杆结构，将机器人的运动分解为各个连杆的质心运动和绕质心的转动；然后对每个连杆应用牛顿第二定律和欧拉方程，得到每个连杆的力和力矩平衡方程；最后将各个连杆的力和力矩平衡方程联立起来，消去中间变量，得到机器人整体的牛顿欧拉方程。牛顿欧拉方程的意义：描述了机器人在受到外力作用时的运动规律，为机器人的轨迹规划、控制等提供了理论基础。03机器人动力学建模机器人连杆坐标系建立连杆坐标系定义坐标系原点选择坐标系方向确定每个连杆上固定一个坐标系，用于描述连杆通常选择连杆的质心或关节中心作为坐标系根据连杆的形状和关节类型，选择合适的坐标系方向，以便于计算和分析。的位置和方向。的原点。机器人连杆质心与转动惯量计算010203质心位置计算转动惯量计算产品惯性矩阵计算通过积分方法或几何方法计算连杆的质心位置。根据连杆的质量分布和形状，计算连杆相对于其质心的转动惯量。将所有连杆的转动惯量和产品惯性矩阵组合起来，得到整个机器人的产品惯性矩阵。机器人关节力与力矩计算牛顿-欧拉方程递推算法动态仿真应用牛顿第二定律和欧拉方程，建立机器人关节力和力矩的平衡方程。采用递推算法，从机器人的基座开始，依次计算每个关节的力和力矩。利用计算机进行动态仿真，验证关节力和力矩计算的正确性。04基于牛顿欧拉方程的机器人动力学分析正向动力学分析关节力与关节速度关系010203根据牛顿第二定律和欧拉方程，推导机器人关节力与关节速度之间的关系式。正向动力学计算流程介绍正向动力学计算的基本步骤，包括建立机器人模型、计算关节速度和加速度、求解关节力等。正向动力学实例分析以具体机器人为例，展示正向动力学计算过程，包括数值计算和仿真验证。逆向动力学分析期望轨迹与关节力关系根据期望轨迹和机器人动力学模型，推导期望轨迹下关节力随时间变化的表达式。逆向动力学计算流程介绍逆向动力学计算的基本步骤，包括期望轨迹规划、逆向求解关节力、考虑约束条件等。逆向动力学实例分析以具体机器人为例，展示逆向动力学计算过程，包括数值计算和仿真验证。动力学仿真与验证动力学仿真软件介绍123介绍常用的机器人动力学仿真软件，如MATLAB/Simulink、ADAMS等。动力学模型导入与设置讲解如何将机器人模型导入仿真软件中，并设置相关参数和约束条件。仿真结果分析与优化通过对仿真结果进行分析，评估机器人性能，提出优化建议。05机器人动力学控制策略基于动力学模型的控制策略模型参考控制根据机器人动力学模型，构建期望轨迹的参考模型，通过比较实际轨迹与期望轨迹的差异，设计控制器实现轨迹跟踪。逆动力学...
