国内机器人公司的数量自2015年来不断涌现,国产机器人的数量也在不断攀升。然而目前国产机器人在整体性能上与国外水平还存在较大差距,其中一个原因在于国产机器人的控制器中未考虑整机的动力学模型,在轨迹规划、位置控制与柔顺控制的实现过程中,也都忽略动力学的影响。

该课程帮助学员快速搭建“机器人动力学——参数辨识——轨迹规划——运动控制”的完整框架,认识到动力学在机械臂性能提升上的重要作用,并将动力学运用到机器人系统中去。

桂凯 上海交通大学机器人研究所博士

研究方向包括机器人动力学与控制,柔顺控制,SEA控制,机器外骨骼及生机电一体化,专注于将动力学理论付诸于实践,有着丰富的仿真与实践经验。工作以来,专注于研发机器人动力学控制器以及力控机器人工作站。

第1章 概述

1.1机器人控制器的基本框架

1.2机器人动力学的作用

1.3机器人动力学的应用

1.4其他形式的动力学

1.5预备知识

第2章 机器人动力学建模

2.1理论力学回顾

2.2坐标系建立与DH参数

2.3机器人连杆动力学模型的四种形式

  • 2.3.1 基于拉格朗日方程的形式
  • 2.3.2 基于牛顿欧拉方程的形式
  • 2.3.3 基于参数分离的形式
  • 2.3.4 基于最小惯性参数的形式

2.4柔性关节动力学及关节摩擦力模型

2.5动力学模型的正问题与逆问题求解

2.6其他形式的动力学

  • 编程题:在matlab下通过simmechanics搭建如题1的二连杆模型,并做仿真

第3章 动力学参数辨识

3.1绪论与系统辨识基础

3.2 连杆动力学参数辨识

  • 3.2.1 最小二乘法
  • 3.2.2 Yr获取
  • 3.2.3 离线滤波与在线滤波
  • 3.2.4 连续系统与离散系统
  • 3.2.5 最优激励轨迹
  • 3.2.6 单自由度系统参数辨识
  • 3.2.7 三轴机器人系统辨识
  • 3.2.8六轴机器人系统辨识

3.3关节动力学参数参数辨识

3.4 力矩传感器的动力学模型参数辨识

  • 编程题:在matlab比较filter函数 与filtfilt函数的效果区别,讨论两种方法对延时的影响

第4章 动力学与轨迹规划

4.1机器人动力学与碰撞检测

4.2巴特沃斯滤波器参数查询

4.3振动来源

4.4振动方法

4.5振动抑制实例分析

4.6常用的轨迹规划算法

4.7速度调节

4.8最优调速规划

4.9最小时间规划

  • 编程题:绘制抑制分析课件里的双惯量系统的伯德图,并求出谐振频 率与抗谐振频
  • 编程题:编写 S 型速度规划(起点与终点的速度为 0)

第5章 位置控制与动力学

5.1闭环控制

5.2位置控制策略

5.3工业控制策略

5.4总结与深入学习

  • 编程仿真题:单连杆系统和二连杆系统的独立PD控制与PD+重力补偿控制
  • 编程仿真题:单连杆系统和二连杆系统的计算力矩法控制

第6章 柔顺控制与动力学

6.1柔顺与动力学

6.2柔顺控制策略

6.3交互力矩获取

6.4案例:拖动示教

  • 编程仿真题:阻抗/导纳控制的代码仿真

1. 了解多连杆串联系统动力学关节动力学等建模方法

2. 掌握系统辨识的一般流程,掌握相关的信号处理方法

3. 掌握基本的轨迹规划方法,熟悉动力学对轨迹规划的作用

4. 掌握基本的碰撞检测方法,熟悉机器人振动分析

5. 了解机械臂的各种位置控制方法,掌握机器人动力学对位置控制的影响

6. 了解机械臂的各种柔顺控制方法,掌握机器人动力学对柔顺控制的影响

先修知识

Matlab语言编程,线性代数,微积分,信号处理

软件要求

Matlab 2016b及以上

适合人群

1. 适合于高校及研究所中与动力学相关的研究人员

2. 适合机器人相关公司的算法研发人员

PS:建议有一定的机器人基础

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1.提供完整课件

2.提供丰富参考资料

3.提供项目作业并进行批改

4.颁发结业证书

睿慕课学院​college.aiimooc.com

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