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《錢炳鋒--機械多體系統(tǒng)動力學課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、內容提要動力學建模實例與比較多體系統(tǒng)動力學發(fā)展概況未來虛擬樣機的研究方向1234遞推建模方法的優(yōu)勢柔性多體系統(tǒng)動力學研究總結與展望2021/10/51一、多體系統(tǒng)動力學發(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超長的雙臂設計使它更為靈活，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，還裝備上了光源、視頻設備、1個工具平臺和4個工具架。2021/10/54機械多體系統(tǒng)定義只要機械系統(tǒng)中所包含的部件超過一個，就可以認為其是一個多體系統(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)?，F(xiàn)在較為公認的定義是：以一定的聯(lián)接方式互相關聯(lián)起來的多個物體構成的系統(tǒng)稱為多體系統(tǒng)。汽車、人體、工業(yè)機器人和航天器是最為常見的多體系統(tǒng)。2021/10/551.正向動力學，已知施加的關節(jié)力和力矩，求解關節(jié)加速度；2.反向動力學，已知系統(tǒng)軌跡（位置、速度和加速度），計算關節(jié)力和力矩；3.混合動力學，對正反向動力學問題的綜合。多體系統(tǒng)動力學2021/10/56傳統(tǒng)動力學建模方法經典的動力學建模方法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的，然而依據(jù)各種建模方法所設計的算法的計算效率
4、并不相同。Lagrange動力學算法的效率是O(N4)。不同建模方法計算量的比較。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)動力學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)動力學建模方法。空間算子代數(shù)的七層結構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、機器人操作的數(shù)學導論》一書中，用李群李代數(shù)符號描述了機器人的運動學和動力學，對機器人手的運動學和控制問題和非完整約束問題進行了詳細的闡述。群微分流形李群李群李代數(shù)(LieGroupsandLieAlgebra)符號表示的系統(tǒng)動力學建模算法2021/10/511遞推動力學優(yōu)點1遞推的機械多體系統(tǒng)動力學算法克服了傳統(tǒng)動力學方法的缺陷，形式簡潔、計算效率高。速度與加速度的遞推2021/10/5122遞推的機械多體系統(tǒng)動力學算法適用于機械系統(tǒng)仿真、控制和設計。四桿機構反向動力學用于前饋控制，仿真時需要正向動力學，混合動力學是反向動力學與正向動力學的合成，可以對包括航天器等欠驅動系統(tǒng)進行分
6、析。2021/10/5132021/10/514三種O(N)遞推算法的特點比較2021/10/515理論計算量與實際計算時間反向動力學計算復雜度比較正向動力學計算復雜度比較2021/10/516O(N3)方法與O(N)方法的實際計算時間比較2021/10/5173.1伴隨算子物理意義：對偶伴隨映射是坐標變換，這就使得可以通過兩個坐標系間的映射將力旋量和速度旋量從一個坐標系轉換到另一個坐標系。三、動力學建模實例與比較2021/10/518反向動力學算法2021/10/519正向動力學遞推方法2021/10/5203.2樹形系統(tǒng)的正向動力學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－歐拉反向動力學改進的遞推牛頓－歐拉反向動力學3.4改進的遞推牛頓－歐拉方法2021/10/524主被動混合遞推動力學方法示意圖2021/10/525算法2021/10/5262021/10/5273.
