28、机器人动力学特性与表示方法解析

机器人动力学特性与表示方法解析

1 引言

在机器人动力学研究中,准确描述机器人的运动规律至关重要。通过欧拉 - 拉格朗日方法,我们可以推导出串联机器人的闭式运动方程,其一般形式为:
[M(q)\ddot{q} + v(q, \dot{q}) + g(q) = Q]
其中,机器人的质量矩阵 (M(q)) 基于连杆的雅可比矩阵定义:
[M(q) = \sum_{i=1}^{n} \left( m_iJ_{vi}^TJ_{vi} + J_{\omega i}^T C_{I_i}J_{\omega i} \right)]
重力向量 (g(q)) 基于系统的势能定义:
[g(q) = \frac{\partial P(q)}{\partial q} = - \sum_{i=1}^{n} m_iJ_{vi}^T g]
科里奥利力和离心力向量 (v(q, \dot{q})) 可通过以下关系获得:
[v(q, \dot{q}) = \dot{M}(q) \dot{q} - \frac{\partial K}{\partial q} = \dot{M}(q) \dot{q} - \frac{1}{2} \frac{\partial}{\partial q} \left( \dot{q}^T M(q) \dot{q} \right)]

2 质量矩阵的特性

机器人的质量矩阵 (M(q)) 由系统的动能推导得出。由于系统的动能始终非负,所以质量矩阵是对称正定的。这意味着对于所有的 (q) 值,该矩阵都是可逆的,并且有上下界:
[\lambda(q) I_{n\times n} \leq M(q) \leq \overli

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