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《錢炳鋒--機(jī)械多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課件.ppt》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、內(nèi)容提要?jiǎng)恿W(xué)建模實(shí)例與比較多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)發(fā)展概況未來虛擬樣機(jī)的研究方向1234遞推建模方法的優(yōu)勢柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究總結(jié)與展望2021/10/51一、多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)發(fā)展概況2021/10/52SpecialPurposeDexterousManipulator(SPDM)由加拿大航天局耗資2.09億美元制造。Degreesoffreedom:15(7+7+1)Length:3.5mtall,3.2mperarmMass:1660kgPayloadcapacity:600kgperarmTipmaxspeed:Full-loadstoppingdistance:15cmTipp
2、ositionaccuracy:0.2cmControlmodes:position,velocity,forceOthers:modular,bothendsattachable.2021/10/53超長的雙臂設(shè)計(jì)使它更為靈活，它可以執(zhí)行諸如拆除或安裝空間站表面小部件等高精度工作。同時(shí)，還裝備上了光源、視頻設(shè)備、1個(gè)工具平臺和4個(gè)工具架。2021/10/54機(jī)械多體系統(tǒng)定義只要機(jī)械系統(tǒng)中所包含的部件超過一個(gè)，就可以認(rèn)為其是一個(gè)多體系統(tǒng)(multi-bodysystem，簡稱為MBS)。根據(jù)北大西洋公約組織在1993年召開的高級技術(shù)研討會所作的定義，把多體系統(tǒng)界定為剛性和柔性的多
3、體系統(tǒng)。現(xiàn)在較為公認(rèn)的定義是：以一定的聯(lián)接方式互相關(guān)聯(lián)起來的多個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)稱為多體系統(tǒng)。汽車、人體、工業(yè)機(jī)器人和航天器是最為常見的多體系統(tǒng)。2021/10/551.正向動(dòng)力學(xué)，已知施加的關(guān)節(jié)力和力矩，求解關(guān)節(jié)加速度；2.反向動(dòng)力學(xué)，已知系統(tǒng)軌跡（位置、速度和加速度），計(jì)算關(guān)節(jié)力和力矩；3.混合動(dòng)力學(xué)，對正反向動(dòng)力學(xué)問題的綜合。多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)2021/10/56傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模方法經(jīng)典的動(dòng)力學(xué)建模方法Newton-Euler隔離體方法Lagrange方法羅伯森-維滕堡方法凱恩（Kane）方法旋量方法和變分方法。物理上這些方法是完全等價(jià)的，然而依據(jù)各種建模方法所設(shè)計(jì)的算法的計(jì)算效率
4、并不相同。Lagrange動(dòng)力學(xué)算法的效率是O(N4)。不同建模方法計(jì)算量的比較。1－Lagrange方法；2－Kane方法；3－遞推建模方法2021/10/57二、遞推多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)1、空間算子代數(shù)，鉸接體慣量和李群遞推算法2、一種統(tǒng)一的遞推算法2021/10/58Rodriguez與Jain的空間算子代數(shù)(SpatialOperatorAlgebra，SOA)動(dòng)力學(xué)建模方法?？臻g算子代數(shù)的七層結(jié)構(gòu)2021/10/59Featherstone提出的鉸接體慣量算法(ArticulatedBodyAlgorithm，ABA)鉸接體慣量算法的基本原理圖2021/10/510李澤湘在《
5、機(jī)器人操作的數(shù)學(xué)導(dǎo)論》一書中，用李群李代數(shù)符號描述了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)，對機(jī)器人手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和控制問題和非完整約束問題進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。群微分流形李群李群李代數(shù)(LieGroupsandLieAlgebra)符號表示的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模算法2021/10/511遞推動(dòng)力學(xué)優(yōu)點(diǎn)1遞推的機(jī)械多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)算法克服了傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的缺陷，形式簡潔、計(jì)算效率高。速度與加速度的遞推2021/10/5122遞推的機(jī)械多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)算法適用于機(jī)械系統(tǒng)仿真、控制和設(shè)計(jì)。四桿機(jī)構(gòu)反向動(dòng)力學(xué)用于前饋控制，仿真時(shí)需要正向動(dòng)力學(xué)，混合動(dòng)力學(xué)是反向動(dòng)力學(xué)與正向動(dòng)力學(xué)的合成，可以對包括航天器等欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分
6、析。2021/10/5132021/10/514三種O(N)遞推算法的特點(diǎn)比較2021/10/515理論計(jì)算量與實(shí)際計(jì)算時(shí)間反向動(dòng)力學(xué)計(jì)算復(fù)雜度比較正向動(dòng)力學(xué)計(jì)算復(fù)雜度比較2021/10/516O(N3)方法與O(N)方法的實(shí)際計(jì)算時(shí)間比較2021/10/5173.1伴隨算子物理意義：對偶伴隨映射是坐標(biāo)變換，這就使得可以通過兩個(gè)坐標(biāo)系間的映射將力旋量和速度旋量從一個(gè)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到另一個(gè)坐標(biāo)系。三、動(dòng)力學(xué)建模實(shí)例與比較2021/10/518反向動(dòng)力學(xué)算法2021/10/519正向動(dòng)力學(xué)遞推方法2021/10/5203.2樹形系統(tǒng)的正向動(dòng)力學(xué)遞推示意圖向外遞推，按深度優(yōu)先原則遍歷所有體
7、向內(nèi)遞推，按寬度優(yōu)先原則遍歷所有體2021/10/5213.3自由漂浮基座空間系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為固定基座系統(tǒng)示意圖2021/10/522無根樹系統(tǒng)的連桿位置變化圖無根樹系統(tǒng)的連桿速度變化圖衛(wèi)星本體的六維加速度變化圖(g=0)衛(wèi)星本體的六維加速度變化圖(g=1)2021/10/523遞推牛頓－歐拉反向動(dòng)力學(xué)改進(jìn)的遞推牛頓－歐拉反向動(dòng)力學(xué)3.4改進(jìn)的遞推牛頓－歐拉方法2021/10/524主被動(dòng)混合遞推動(dòng)力學(xué)方法示意圖2021/10/525算法2021/10/5262021/10/5273.
