一种面向机器人机械系统的程式化动力学建模方法

摘要

针对机器人动力学模型复杂、冗余计算导致运算效率低的问题,提出一种程式化建模方法(PMM)。以六自由度斯坦福机械臂为例,利用该方法建立基于拉格朗日方程的动力学模型,按照“正向分析,逆序输出”的核心思想,重点分析模型递推过程;在验证模型正确性的基础上,比较使用PMM和未使用PMM的常规拉格朗日方程所建立的斯坦福机械臂力学模型在计算机中的“尺寸”和运行时间等指标。实验结果表明,相对常规拉格朗日方法,由PMM所建模型的复杂程度降低了67.6%,计算效率提高了66.3%。斯坦福机械臂为完整约束系统,将PMM推广到欠驱动非完整约束系统,采用与模型紧密相关的部分反馈线性化控制算法进行数值仿真和物理样机实验分析,验证了PMM的可靠性和有效性,为不同类型的机器人提供了一种效率高、通用性强的动力学建模方法。

关键词

动力学 / 建模 / 程式化 / 输出膨胀 / 运算效率 / 机器人