关于移动机器人的初始运动研究

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机器人的动力学建模通常是从力学基本原理出发,研究机器人各部件的位置,得出机器人的动力学方程。其中较常用的方法是Lagrange方法,通过建立机器人系统的Lagrange方程,求解机器人的动力学特性。但在求解部件与系统的运动方程时,存在大量的计算机无法替代的繁杂的人工计算,因此找到一种有效的计算方法,能简化求解过程,并节省计算时间,从而便于理论分析和计算机编程。本文采用一种新的计算方法——初始运动方法,对机器人动力学模型进行求解。在Whittaker提出的初始运动方法的基础上,本文通过第二类Lagrange方程组建完整和非完整系统的运动微分方程,将初始坐标和初始速度代入运动方程中可求得初始加速度。接着对运动方程求时间的导数,并代入初值可求得初始加加速度。再求导,再代入将求得速度更高阶导数的初值。以此类推,将得到更多关于速度的导数的初值。最后用Taylor级数展开式的形式把得到的初始加速度,初加加速度等连在一起,则有机器人初始运动的表达式。初始运动方法的出现及其在机器人运动中的应用研究,极大地解决了某些描述机器人运动的运动微分方程不易得到解析解的问题,能够有效的解决机器人运动过程中的瞬时状态的求解问题,为进一步对机器人实施有效控制奠定基础。初始运动方法适用于一般完整约束力学系统,一般非完整约束力学系统,可控约束力学系统等,为完整和非完整机器人系统的求解提供了一种新的方法。本文针对这种方法给出了相应的数值仿真,通过仿真可以看出这种方法原理简单,适用广泛,此方法也为以后的力学和机器人问题研究提供了一个新方向。
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