云浮升降车,  云浮升降车出租,  云浮升降车租赁     六自由度升降车动臂动力学建模     在对６－ＤＯＦ动臂运动学进行仿真、结构分析与控制器设计时，其动力学的模型搭建有着不可或缺的作用。动力学模型对我们研究动臂原型设计结构起到了很大的作用，为动臂传动设备、关节与执行器设计奠定了基础。目前建立动臂动力学方程有两大方法：牛顿－欧拉公式法、拉格朗日公式法。主要针对基于拉格朗日公式法的动臂动力学模型建立展开分析。动力学讨论的是物体运动与受力之间的关系，包括动态参数辨识、弹性动力分析、动力学建模等方面。一般而言，动臂作为主动机械装置，其每个连杆都能够单独运动。动臂动力学的首要目的是为了实时的动力学计算，因此各种方案都要某些简化假设，拟定最优控制方案仍然是当前控制理论的课题。从控制论角度来看，动臂作为一个复杂的运动学、力学耦合系统，是一种多变量、冗余和非线性的自动控制系统。对其自身来说，每解决一个控制问题都意味着实现了一个或多个动臂动力学任务。因此，可以说对动臂动力学问题的分析是研究其控制问题的基础。同时，动臂动力学问题分析指动臂关节运动与作用在该关节上力与力矩的相互作用关系，也是定量表述动臂各关节变量的协调运动、作用在动臂关节上互耦的力及力矩的变化。动臂动力学的分析结构基础是一组动臂运动学方程，在给定关节上作用力与力矩的时候，动臂运动学方程规定了动臂模型的运动规律；在给定动臂运动规律时，动臂方程能够确定动臂实现这种运动所必须施加的作用力或力矩的大小和变化。动臂动力学问题包含动臂动力学正问题和动臂动力学逆问题方面。其中动臂动力学逆问题指的是在己知动臂的运动轨迹，即动臂各关节位移、速度与加速度的基础上，计算其施加的作用力或力矩；动臂动力学问题指的是在己知动臂各关节作用力的基础上，计算得其运动轨迹。在对动臂进行设计和应用之初，建立其动力学模型是一项重要的基础性工作。这主要表现在，第一，动臂动力学正解模型是进行动臂动力学仿真与控制器设计的基础；第二，动臂动力学逆解模型是进行动臂伺服电机选型与动力学参数辨识的基础；第三，对动臂展开动力学建模作为对动臂进行动力学优化设计和性能判定的前提，是进行一切动臂动力学分析与综合的理论基础。同时，动臂作为一个复杂的运动学和动力学强耦合系统，存在复杂的非线性关系，并且具有多输入、多输出的基本特征。因此，考虑从动臂本体的机构特征和性能特点出发，搭建结构完备的动臂动力学模型，从而保证动臂动力学模型运算的高效性和结果的可信性，对于动臂动力学的在线仿真与控制具有较大的工程实践价值。

      虽然对动臂进行了动力学模型的建立，但该模型并不参与到控制器的设计过程。建立动臂动力学模型的目的一方面是用于将下文我们对动臂控制问题中的输入输出之间的变量进行梳理，另一方面则是在下文的计算机仿真中可以作为被控对象生成输入输出数据，而在真实的动臂实验过程中，以下建立的动臂模型并不能完全真实的代表实际的动臂动力学系统，并不能用于实验过程，但动臂动力学模型的建立，对于控制过程中的输入输出变量的潜在关系，以及仿真平台中Ｐｌａｎｔ的输入输出数据的生成，均具有重要的意义。

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        基于拉格朗日公式法的六自由度动臂动力学建模,  定义拉格朗日函数Ｚ为动臂动力学系统的动能和位能之差.  其中，尤与Ｐ能够用任何合适的坐标系来描述。系统的动力学方程，即系统的拉格朗日方程.  其中，动能和位能的坐标，Ａ表示相应的速度，而ｆ表示作用于第ｆ个坐标上的力或力矩。这些力、力矩与坐标称为广义力、广义力矩和广义坐标。ｎ表示动臂的连杆数目。本文建立动臂动力学方程的步骤分为下列五步：第一步：计算动臂任意一个关节上任意一点的运动速度；第二步：计算动臂系统的总动能与各关节自身动能；第三步：计算动臂系统的总势能与各关节自身势能；第四步：建立该基于拉格朗日函数的动臂系统的动力学方程；第五步：对上述过程得到的拉格朗日动力学公式求导，以得到动臂的动力学方程。以串联动臂的结构出发，对上述建立动臂系统动力学方程的步骤展开详细叙述，即包括计算该动臂任意关节上任意点的速度、动臂系统的总动能和各关节动能、动臂系统总势能与各关节势能、该动臂的拉格朗日公式，再到该动臂系统的动力学方程。最后，通过对该动臂的动力学分析的详细描述，由特殊到一般，推导包含多个连杆的串联动臂的速度、动能、势能与动力学方程的一般表达式。

 

        首先分析了在笛卡尔空间内物体位姿的描述方法与６－Ｄ０Ｆ串联工业动臂连杆坐标系搭建方法，针对六自由度串联结构动臂的逆运动学算法以及动臂动力学建模方法展开了重点研究。在分析齐次变换矩阵表述姿态方法的同时，给出６－ＤＯＦ串联工业动臂连杆的坐标系搭建方法，基于Ｄ－Ｈ参数法获得动臂系统的结构参数，进而推导出其正向运动学方程。用齐次变换矩阵来阐述动臂系统每一个连杆坐标系间的位姿及转换关系，为后文动臂的轨迹跟踪控制做好铺垫。与此同时，对６－Ｄ０Ｆ动臂的逆运动学封闭解法进行分析，依次计算出机械臂的最多８组逆运动学解。根据实际应用，奇异位姿状态下逆运动学的解决方法，以及将逆运动学的解转换到实际关节位置限制区间的策略。最后，应用拉格朗日公式法搭建６－ＤＯＦ串联工业动臂的动力学模型，并且列出具体步骤以及动力学方程的推导过程，动臂的动力学方程对其控制系统的设计、驱动器的选择、运转速度及加速度控制有着十分重要的作用。

     

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