可穿戴型助力机器人动力学分析与仿真

机器人的动力学建模与仿真机器人的动力学建模与仿真在机器人技术领域起着至关重要的作用。

动力学建模是指根据机器人的结构、驱动方式以及其他相关参数，建立数学模型描述机器人的运动学和动力学特性。

仿真则是通过计算机模拟机器人的运动过程，以验证动力学模型的准确性，预测机器人行为以及优化机器人控制策略。

一、动力学建模的基本原理动力学建模是机器人控制的关键一环。

机器人的动力学建模主要涉及到力学、运动学以及控制理论等方面的知识。

首先，我们需要通过力学分析确定机器人的运动方程。

运动学方程是描述机器人关节位置、速度和加速度之间关系的方程。

其次，利用牛顿-欧拉公式可以推导出机器人动力学方程，描述机器人关节力和外部力之间的关系。

最后，根据动力学方程可以得到机器人的动力学模型，用于预测机器人的运动行为和仿真模拟。

二、动力学建模的主要方法1. 欧拉-拉格朗日方法欧拉-拉格朗日方法是一种常用的动力学建模方法。

它通过定义系统的拉格朗日函数，利用欧拉-拉格朗日方程推导出机器人的运动方程。

这种方法适用于各种机器人结构，包括串联机构、并联机构以及柔性机器人等。

2. 链式法链式法是一种基于约束条件的动力学建模方法。

它将机器人的运动约束通过链式法进行求解，得到机器人的约束方程。

然后利用拉格朗日乘子法求解机器人的运动方程。

这种方法适用于多关节机器人，能够准确描述机器人的运动学和动力学特性。

三、机器人的动力学仿真机器人的动力学仿真是验证和评估机器人动力学建模准确性的重要手段。

通过仿真，可以模拟机器人的运动过程，观察机器人的行为以及优化机器人控制策略。

为了进行机器人的动力学仿真，我们需要将机器人的动力学模型转化为计算机程序，利用数值计算方法模拟机器人的运动过程。

常用的机器人动力学仿真工具包括Matlab/Simulink、ADAMS等。

四、动力学建模与仿真的应用1. 机器人控制策略优化通过动力学建模与仿真，可以评估不同的机器人控制策略在不同任务场景下的效果，从而优化机器人的控制策略。

可穿戴型下肢外骨骼助力机器人设计与研究汪步云;宋在杰;汪志红;季景;许德章【期刊名称】《机械科学与技术》【年(卷),期】2018(037)009【摘要】为拓展人体下肢关节机能,完成特定环境下的人机协同作业任务,介绍了一种可穿戴型下肢外骨骼助力机器人.在研究人体行走特点和下肢助力需求基础上,实现了外骨骼的机械结构设计与建模计算,针对外骨骼作业特点设计了电液伺服助力系统;通过虚拟样机运动仿真与外骨骼行走实验,匹配了驱动器与外骨骼的运动范围并优化,通过外骨骼辅助人体辅助站立实验验证了外骨骼与人体下肢运动范围匹配性及助力效果等,实验结果表明外骨骼助力机器人设计可行.【总页数】8页(P1344-1351)【作者】汪步云;宋在杰;汪志红;季景;许德章【作者单位】安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖241000;芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司,安徽芜湖241007;芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司院士工作站,安徽芜湖241007;安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖241000;芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司,安徽芜湖241007;芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司院士工作站,安徽芜湖241007;芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司,安徽芜湖241007;芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司院士工作站,安徽芜湖241007;安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖241000;芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司,安徽芜湖241007;芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司院士工作站,安徽芜湖241007【正文语种】中文【中图分类】TP242.6【相关文献】1.可穿戴型下肢助力机器人控制分析 [J], 陈峰;汤敏;马聪;马卫国;刘羡飞2.基于接触力信息的可穿戴型下肢助力机器人传感系统研究 [J], 孙建;余永;葛运建;陈峰;沈煌焕3.可穿戴型助力机器人动力学分析与仿真 [J], 陈峰;卞丽琴;吴宝元4.可穿戴型下肢助力机器人感知系统研究 [J], 孙建;余永;葛运建;陈峰5.上肢康复可穿戴式外骨骼助力机器人的机械设计与研究 [J], 汪宗保;汪宗兵;杨永晖;王从振;杨光;李业甫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

机器人运动学与动力学建模与仿真1. 引言机器人技术的快速发展为生产制造、医疗保健、家庭服务等领域带来了巨大变革。

机器人的运动学与动力学建模与仿真是机器人控制技术的核心内容。

通过准确建模和仿真，可以使机器人运动更加灵活，精确和高效。

本文将深入探讨机器人运动学与动力学建模与仿真的原理和应用。

2. 机器人运动学建模机器人运动学建模是研究机器人运动规律的过程。

机器人的运动可以分为直线运动和旋转运动两种基本形式。

通过建模，可以计算机器人的位置、速度和加速度等参数。

运动学建模的核心是描述骨架结构和连接关系，以及联动机器人的关节状态。

3. 机器人动力学建模与运动学建模相比，机器人的动力学建模更加复杂。

动力学建模需要考虑机器人的惯性、外部力和驱动力等因素对机器人运动的影响。

一般来说，机器人动力学建模可以分为正向和逆向两种方式。

正向动力学模型是通过已知输入力和关节状态来推导机器人的运动方程。

而逆向动力学模型则是通过已知运动方程来求解对应的关节状态和输入力。

4. 机器人运动学与动力学仿真在机器人研究和开发的过程中，运动学和动力学仿真起着重要的作用。

通过仿真，可以对机器人的运动进行精确的预测，并进行优化和调整。

运动学仿真主要用于模拟机器人的位置和姿态，以及关节的运动范围。

动力学仿真则可以模拟机器人在受到各种力的作用下的运动和行为。

仿真技术可以帮助研究人员更好地理解和掌握机器人的运动规律，在设计和控制阶段提供有力的支持。

5. 机器人运动学与动力学仿真的应用机器人运动学与动力学建模与仿真的应用非常广泛。

在工业制造中，仿真可以帮助优化生产线的布局，提高生产效率和质量。

在医疗领域，仿真可以帮助医生进行手术模拟和培训，提前规划手术方案，减少手术风险。

在家庭服务领域，仿真可以帮助设计智能机器人的运动轨迹和操作规则，提供更好的家庭助理服务。

此外，仿真还可以应用于教育训练、虚拟现实等多个领域。

6. 机器人运动学与动力学建模与仿真的挑战与发展尽管机器人运动学与动力学建模与仿真技术已取得了很大进展，但仍面临一些挑战。

可穿戴上肢康复机器人的设计及其运动仿真和动力学分析王露露;胡鑫;曹武警;张飞;喻洪流【期刊名称】《北京生物医学工程》【年(卷),期】2017(036)002【摘要】目的针对目前台式上肢康复机器人体积庞大、不便移动的缺点,设计了一款新型的可穿戴式上肢康复机器人,并通过对其运动特性的分析和关节力矩的计算,验证设计的合理性.方法首先,根据模块化设计原理,进行总体结构设计;然后,利用SOILDWORKS进行三维建模,并运用SOILDWORKS Motion对机器人肘关节屈曲/伸展运动、肩关节屈曲/伸展运动、肩肘关节联动运动进行运动仿真;最后,基于拉格朗日方法建立系统的动力学方程,并应用MATLAB软件计算得到机械臂关节力矩的变化曲线.结果仿真结果证实了肩关节、肘关节、腕关节运动仿真曲线平滑,动力学分析证实关节力矩变化曲线平滑且最大关节力矩均小于电机经减速后输出的额定转矩.结论该可穿戴式上肢康复机器人设计合理,为后续上肢康复机器人的研究奠定了理论基础.【总页数】9页(P177-185)【作者】王露露;胡鑫;曹武警;张飞;喻洪流【作者单位】上海理工大学医疗器械与食品学院康复工程与技术研究所上海200093;上海理工大学上海康复器械工程技术研究中心上海200093;上海电气集团股份有限公司中央研究院上海200073;上海理工大学医疗器械与食品学院康复工程与技术研究所上海200093;上海理工大学上海康复器械工程技术研究中心上海200093;上海理工大学医疗器械与食品学院康复工程与技术研究所上海200093;上海理工大学上海康复器械工程技术研究中心上海200093;上海理工大学医疗器械与食品学院康复工程与技术研究所上海200093;上海理工大学上海康复器械工程技术研究中心上海200093【正文语种】中文【中图分类】R318.04;R318.6【相关文献】1.关于可穿戴座椅机构设计及运动学和动力学分析 [J], 亓强强;程实;张豆豆;周谋;余汉锦2.牙嵌式自由轮差速器的运动仿真与动力学分析 [J], 秦艺铭;辛世成;田广才;贾巨民3.一种上肢康复机器人的运动仿真与实验研究 [J], 高建设; 左伟龙; 于千源4.可穿戴上肢康复机器人设计与研究 [J], 朱西昆;张明慧;逯鹏;陈海洋;王汉章5.可穿戴式上肢康复机器人的运动学分析与仿真 [J], 王克义;刘艳秋;呼昊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

协作机器人技术的动力学建模和仿真方法随着科技的进步和工业自动化的全面发展，协作机器人成为了生产线上不可或缺的一员。

协作机器人能够与人类工人保持高效率的协同工作，提高生产效率和产品质量。

然而，要实现协作机器人的高效运作，需要对其动力学进行建模和仿真，以确保其运动控制的准确性和安全性。

本文将介绍协作机器人技术的动力学建模和仿真方法。

动力学建模是协作机器人技术中非常重要的一步。

通过建立机器人运动的动力学模型，可以预测机器人在不同工作任务下的动作轨迹和力学特性。

动力学模型通常包含机器人的质量、惯性、弹性等参数，并考虑外界施加在机器人上的力和扭矩。

一种常用的动力学建模方法是拉格朗日动力学建模方法。

这种方法将机器人系统看作是由多个质点组成的物体，利用拉格朗日方程来描述机器人的运动。

通过对机器人各个质点的位置、速度和力学特性进行建模，可以得到其动力学方程。

这些方程可以用来预测机器人在不同任务下的运动轨迹和力学特性。

另一种动力学建模方法是牛顿-欧拉动力学建模方法。

这种方法基于牛顿力学定律和欧拉动力学方程，将机器人系统分解为多个刚体，并建立刚体间的运动关系。

通过对各个刚体的质量、惯性和力学特性进行建模，可以得到机器人的动力学方程。

牛顿-欧拉动力学建模方法适用于复杂的多关节机器人系统，可以更准确地描述机器人的运动特性。

动力学建模后，需要进行仿真来验证模型的准确性和可行性。

仿真方法可以通过计算机模拟机器人的运动和力学特性，评估机器人的性能并优化设计。

常用的仿真软件包括MATLAB、Simulink、Solidworks等，可以利用这些软件进行机器人的运动仿真、力学仿真和控制仿真。

在进行动力学建模和仿真时，还需要考虑机器人与人类工人的协同工作。

机器人应该能够准确感知人类的意图和动作，并作出相应的反应。

为了实现这一目标，可以在动力学模型中引入人机交互的力模型，考虑机器人与人类工人之间的力传递和力反馈。

这样，机器人就能够根据人类工人的动作和意图进行协同工作，提高生产效率和工作安全性。

机器人运动学建模与动力学仿真分析机器人一直以来是人类最喜欢的机械产物之一。

它们已经在许多领域中得到了广泛应用，从工业生产到医疗，从军事到普通家庭，都有机器人的身影。

然而，机器人的行为不可能只受简单的人工指令控制，在设计和创建机器人时，必须考虑它们如何使用传感器和算法自主进行运动控制。

这就需要对机器人进行运动学建模和动力学仿真分析。

机器人的运动学模型描述了机器人的位置和方向，以及机器人在三维空间中运动的方式。

运动学模型通常由连接在一起的“关节”组成，每个关节提供机器人在空间中运动的自由度。

一个典型的机器人通常由多个关节组成，在每个关节处都有一个旋转或平移关节。

关节的旋转和平移由马达或气动驱动器等装置控制，以允许机器人进行复杂运动，从而能完成其指定的任务。

机器人的运动学模型可以用数学的方法来表示，其中一个广为人知的方法是丹尼·德文波特的变换题。

这个题的思想是将机器人从其基本位置（被定义为零位）旋转和移动，函数将这个位置映射到全局坐标系统中。

对于机器人中每个关节，将“关节空间”中的变化转换为“工作空间”中的直线和角度转换，从而得到机器人的整体位置和方向。

机器人的动力学模型描述了运动学之外的一些物理特性，如质量、惯性、摩擦力等，从而解释与力学和动力学相关的运动。

这是在机器人仿真系统中进行动力学仿真分析的关键所在之一。

通常情况下，机器人的惯性和摩擦力对动力学非常重要，它们直接影响机器人的运动和位移。

在设计机器人时，考虑这些因素是至关重要的，否则机器人可能会无法完全精确地执行指定的任务。

了解机器人的运动学和动力学模型有许多好处。

首先，它们可以帮助设计师更好地理解机器人的基本运动和设计风格。

其次，运动学和动力学模型也可以用于控制机器人的运动。

例如，运动学模型可以将圆轴坐标转换为笛卡尔坐标，并为控制器提供所需的坐标信息，以使机器人在空间中移动。

同时，动力学模型可以帮助设计师制定适当的控制器 PID（位置、积分、微分）参数，以保证机器人的稳定性和运动精度。

目录摘要 (1)ABSTRACT (2)1 绪论 (3)1.1 课题背景 (3)1.2 课题研究的目的及意义 (3)1.3 可穿戴辅助机械腿的国内外研究现状 (4)1.4 本课题的主要内容 (8)1.5 本课题的研究方法 (8)2 可穿戴辅助机械腿传动方案设计 (9)2.1传动方案的选择 (9)2.2 可穿戴辅助机械腿关节转矩的计算 (10)2.2.1 关节一 (10)2.2.2关节二 (11)2.2.3关节三 (11)2.2.4关节四 (11)2.2.5关节五 (11)2.2.6关节六 (11)2.3减速器选型 (12)2.4电机选型 (12)2.5电机发热校核 (13)2.6本章小结 (14)3 可穿戴辅助机械腿的结构设计 (14)3.1 人体腿部生物原型介绍 (14)3.1.1人体腿部运动原理 (14)3.1.2人体腿部尺寸结构 (15)3.1.3 人体下肢主要关节的运动特性 (16)3.2 可穿戴辅助机械腿模型的建立 (17)3.2.1 可穿戴辅助机械腿的结构特点 (17)3.2.2 可穿戴辅助机械腿的整体设计 (18)3.3 可穿戴辅助机械腿的结构分析 (19)3.3.1 髋关节结构分析 (19)3.3.2 膝关节结构分析 (20)3.3.3踝关节结构分析 (20)3.3.4 大腿、小腿结构分析 (21)3.4 本章小结 (22)4 可穿戴辅助机械腿强度校核 (22)4.1 solidwork simulation插件的简单介绍 (22)4.2 髋关节冠状面旋转运动减速器壳体强度校核 (23)4.2.1模型 (23)4.2.2 材料设置 (24)4.2.3 夹具设置和载荷设置 (24)4.2.4 网格划分 (25)4.2.5 结果分析 (26)4.3 髋关节冠状面旋转运动减速器连接件强度校核 (26)4.3.1模型 (26)4.3.2 材料设置 (27)4.3.3 夹具设置和载荷设置 (27)4.3.4 网格划分 (28)4.3.5 结果分析 (29)4.4 髋关节冠状面减速器壳体与矢状面减速器壳体连接件强度校核 (29)4.4.1模型 (29)4.4.2 材料设置 (30)4.4.3 夹具设置和载荷设置 (30)4.4.4 网格划分 (31)4.4.5 结果分析 (32)4.5 髋关节矢状面旋转运动减速器壳体强度校核 (33)4.5.1模型 (33)4.5.2 材料设置 (33)4.5.3 夹具设置和载荷设置 (33)4.5.4 网格划分 (34)4.5.5 结果分析 (35)4.6 髋关节矢状面减速器壳体与髋关节水平面减速器壳体连接件强度校核 (35)4.6.1模型 (35)4.6.2 材料设置 (36)4.6.3 夹具设置和载荷设置 (36)4.6.4 网格划分 (37)4.6.5 结果分析 (38)4.7 髋关节水平面旋转运动减速器壳体强度校核 (39)4.7.1模型 (39)4.7.2 材料设置 (39)4.7.3 夹具设置和载荷设置 (39)4.7.4 网格划分 (40)4.7.5 结果分析 (41)4.8 本章小结 (41)5 结论与展望 (42)5.1 作者的工作 (42)5.2 展望 (43)参考文献 (44)摘要目前，机器人技术已经是相对比较成熟的。

可穿戴式助力外骨骼特征动作动力学研究张斌;刘放;杨小平;许鸿谦【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)008【摘要】以第二代外骨骼试验样机为研究对象,选取双膝蹲-起立特征动作进行运动学分析,对特征动作用Boltzmann函数进行曲线拟合.建立了双膝蹲-起立特征动作动力学模型,基于牛顿法建立了各个关节处动力学方程,采取不同负重,利用MATLAB软件编程求解,得出了各关节处驱动力矩随时间变化曲线.根据得出的结果,得到了各关节峰值出现在4.3s处,各个关节处所需力矩的峰值随负重基本呈线性变化,且三个关节中膝关节所承受的转矩最大,在动力部分设计时需要着重考虑.【总页数】4页(P142-144,148)【作者】张斌;刘放;杨小平;许鸿谦【作者单位】西南交通大学机械工程研究所,四川成都 610031;西南交通大学机械工程研究所,四川成都 610031;西南交通大学机械工程研究所,四川成都610031;西南交通大学机械工程研究所,四川成都 610031【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH113.2+2【相关文献】1.基于ADAMS的助力型外骨骼特征动作驱动液压缸运动学研究 [J], 李贤坤;刘放;迟振华;赵兴忠2.可穿戴式助力外骨骼质心稳定性的影响因素探究 [J], 张斌;刘放;杨小平;朱粤3.可穿戴式的下肢助力机械外骨骼的结构设计 [J], 王义斌;陈姣;董兴建;夏开拓;李文;顾大维4.基于Arduino的穿戴式外骨骼助力装置设计 [J], 刘恒;宋爱平;陈俊宇;魏俏俏;白泽杨;李博皓5.上肢康复可穿戴式外骨骼助力机器人的机械设计与研究 [J], 汪宗保;汪宗兵;杨永晖;王从振;杨光;李业甫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。