16、机器人物理建模与仿真：从理论到工业应用

机器人物理建模与仿真：从理论到工业应用

机器人物理建模与仿真的核心方法

机器人的物理建模与仿真旨在通过模拟机器人末端执行器的预定轨迹，来预测机器人各关节的位置误差，从而实现对机器人运动的精确控制。其核心在于构建一个能够准确反映机器人真实行为的仿真模型，并通过数值估计方法确定模型的动态参数。

物理基础仿真建模

物理基础仿真建模的目标是在仿真环境中重现机器人的真实行为。该模型使用OpenModelica这一面向对象的语言构建，其结构由输入、处理和输出组件组成。具体而言，机器人的物理仿真模型包含以下几个关键组件：
- 机械结构 ：通过关节组件和连杆组件模拟机器人的机械结构。连杆组件代表机器人的刚体，关节组件则表示刚体绕轴的旋转。这些组件的组合可以模拟机器人的运动学模型，包括其质量特性。同时，还需要定义连杆的长度、质量、质心、惯性以及旋转轴等参数。
- 执行器 ：该组件根据输入的参考信号，将输入的角度信号转换为输出的扭矩信号，从而驱动齿轮箱法兰运动。其作用是简化模型，专注于机器人动态参数的估计。
- 齿轮箱 ：由齿轮组件、弹性组件和摩擦组件组成，是模型中最重要的部分。弹性组件包含模型的弹性和阻尼特性数据，这些参数的计算对于提高机器人的精度至关重要。齿轮组件表示理想齿轮，需要定义各轴的传动比；摩擦组件则代表模型的库仑摩擦。
- 输入信号 ：由一组机器人关节角度数据组成，用于向模型输入所需的仿真轨迹。

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