机器人静力学、动力学、运动学的关系.docx

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1、机器人静力学、动力学、运动学的关系静力学指在机器人的手爪接触环境时，在静止状态下处理手爪力F与 驱动力T的关系。动力学研究机器人各关节变量对时间的一阶导数、 二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系，即机器人机械系统的 运动方程。而运动学研究从几何学的观点来处理手指位置与关节变量 的关系。在考虑控制时，就要考虑在机器人的动作中，关节驱动力T会产生怎样 的关节位置。、关节速度、关节加速度，处理这种关系称为动力学 (dynamics)。对于动力学来说，除了与连杆长度有关之外，还与各连杆的 质量,绕质量中心的惯性矩，连杆的质量中心与关节轴的距离有关。运动学、静力学和动力学中各变量的关系如下图所示。图

2、中用虚线表 示的关系可通过实线关系的组合表示，这些也可作为动力学的问题来 处理。运动学是研究机器人运动的，如步态、路径规划；动力学是研究机器人控制的，即在给定输入的情况下会有怎样的输出, 或者为了得到一个给定的输出，我们应该给什么样的输入，也就是动 力学的正问题和逆问题；静力学是简化了机器人运动分析，在某些情况下，机器人的运动不需 要考虑过多的速度，加速度时就可以只考虑静力学。静力学是力学的一个分支，它主要研究物体在力的作用下处于平衡的 规律，以及如何建立各种力系的平衡条件。平衡是物体机械运动的特殊形式，严格地说，物体相对于惯性参 照系处于静止或作匀速直线运动的状态，即加速度为零的状态都称为

3、平衡。对于一般工程问题，平衡状态是以地球为参照系确定的。静力 学还研究力系的简化和物体受力分析的基本方法。动力学是理论力学的一个分支学科，它主要研究作用于物体的力与物 体运动的关系。动力学的研究对象是运动速度远小于光速的宏观物体。 动力学是物理学和天文学的基础，也是许多工程学科的基础。许多数 学上的进展也常与解决动力学问题有关，所以数学家对动力学有着浓 厚的兴趣。动力学的研究以牛顿运动定律为基础；牛顿运动定律的建立则以 实验为依据。动力学是牛顿力学或经典力学的一部分，但自20世纪 以来，动力学又常被人们理解为侧重于工程技术应用方面的一个力学 分支。运动学是理论力学的一个分支学科，它是运用几何学

4、的方法来 研究物体的运动，通常不考虑力和质量等因素的影响。至于物体的运 动和力的关系，则是动力学的研究课题。用几何方法描述物体的运动必须确定一个参照系，因此，单纯从 运动学的观点看，对任何运动的描述都是相对的。这里，运动的相对 性是指经典力学范畴内的，即在不同的参照系中时间和空间的量度相 同，和参照系的运动无关。不过当物体的速度接近光速时，时间和空 间的量度就同参照系有关了。这里的“运动”指机械运动，即物体位 置的改变；所谓“从几何的角度”是指不涉及物体本身的物理性质（如 质量等）和加在物体上的力。运动学主要研究点和刚体的运动规律。点是指没有大小和质量、 在空间占据一定位置的几何点。刚体是没有

5、质量、不变形、但有一定 形状、占据空间一定位置的形体。运动学包括点的运动学和刚体运动 学两部分。掌握了这两类运动，才可能进一步研究变形体（弹性体、 流体等）的运动。在变形体研究中，须把物体中微团的刚性位移和应变分开。点的 运动学研究点的运动方程、轨迹、位移、速度、加速度等运动特征, 这些都随所选的参考系不同而异；而刚体运动学还要研究刚体本身的 转动过程、角速度、角加速度等更复杂些的运动特征。刚体运动按运 动的特性又可分为：刚体的平动、刚体定轴转动、刚体平面运动、刚 体定点转动和刚体一般运动。运动学为动力学、机械原理（机械学）提供理论基础，也包含有自 然科学和工程技术很多学科所必需的基本知识。静

6、力学：是理论力学的一个分支，研究质点系受力作用时的平衡 规律。物体相对于惯性参照系处于静止或作匀速直线运动的状态，即 加速度为零的状态都称为平衡。动力学：是理论力学的一个分支学科，它主要研究作用于物体的 力与物体运动的关系。动力学的研究对象是运动速度远小于光速的宏 观物体。动力学是物理学和天文学的基础，也是许多工程学科的基础。运动学：从几何的角度描述和研究物体位置随时间的变化规律的 力学分支。以研究质点和刚体这两个简化模型的运动为基础，并进一 步研究变形体（弹性体、流体等）的运动。静力学是力学的一个分支，它主要研究物体在力的作用下处于平 衡的规律，以及如何建立各种力系的平衡条件。平衡是物体机械

7、运动 的特殊形式，严格地说，物体相对于惯性参照系处于静止或作匀速直 线运动的状态，即加速度为零的状态都称为平衡。对于一般工程问题, 平衡状态是以地球为参照系确定的。静力学还研究力系的简化和物体 受力分析的基本方法。动力学是理论力学的一个分支学科，它主要研究作用于物体的力 与物体运动的关系。动力学的研究对象是运动速度远小于光速的宏观 物体。动力学是物理学和天文学的基础，也是许多工程学科的基础。 许多数学上的进展也常与解决动力学问题有关，所以数学家对动力学 有着浓厚的兴趣。运动学，从几何的角度（指不涉及物体本身的物理性质和加在物 体上的力）描述和研究物体位置随时间的变化规律的力学分支。以研 究质点和刚体这两个简化模型的运动为基础，并进一步研究变形体 （弹性体、流体等）的运动。研究后者的运动，须把变形体中微团的刚 性位移和应变分开。点的运动学研究点的运动方程、轨迹、位移、速 度、加速度等运动特征，这些都随所选参考系的不同而异；而刚体运 动学还要研究刚体本身的转动过程、角速度、角加速度等更复杂些的 运动特征。