機器人廣泛的應用于生產(chǎn)生活各個領域，其普及程度決定了一個國家的加工制造水平的高低。因此，國內外眾多專家對機器人相關領域進行了深入研究，尤其是針對系統(tǒng)動力學的建模，對機器人動力學控制領域有著極其重要的現(xiàn)實意義。系統(tǒng)的運動學分析是一種幾何方式，并不考慮產(chǎn)生運動的力和力矩，而動力學方程則闡述了力和運動之間的關系，讓控制可以更加精確，以滿足機器人實際需求。

       機器人的運動分析包括運動學分析和動力學分析。機器人的運動學描述的是機器人末端和各個關節(jié)位置的幾何關系，而動力學描述的是各動態(tài)參數(shù)和力矩之間的關系。對于機器人控制來說，電機的力矩作為輸入，末端的位置作為輸出，在控制上，分為非集中控制（uncentralized control）和集中控制（centralized control）。

       機器人運動學模型是任務逆解和動力學計算的基礎，而動力學模型是動力學控制和規(guī)劃的基礎。本課程首先介紹了機器人動力學理論研究的重要性，指出動力學是機器人控制的四層塔式架構的基石，同時與機器人系統(tǒng)辨識是規(guī)劃與控制的重要基礎，動力學在提升整體控制性能具有重要意義。隨后詳細介紹了動力學建模、參數(shù)辨識和軌跡規(guī)劃等理論研究，以及現(xiàn)如今在機器人上的實際應用和所存在的問題。

01 課程及平臺介紹

       本課程重點對機器人動力學參數(shù)辨識、動力學與軌跡規(guī)劃、動力學與位置控制等方面內容做了介紹。如介紹連桿動力學模型時，選取了基于牛頓-歐拉方程和基于線性分離方法進行了理論介紹。

課程內容

1、機器人動力學建模

2、機器人動力學參數(shù)辨識

3、機器人動力學與軌跡規(guī)劃

4、機器人動力學與位置控制

5、機器人動力學與柔順控制

適合人群

· 人工智能、機器人、自動化、控制工程、機械電子、智能制造等專業(yè)的全國高校教師、研究生

· 幫助科研院所的科研人員、教師拓寬知識領域

· 機器人相關企業(yè)技術負責人/工程師

課程特點

      本課程主要是對機器人動力學理論及其應用展開了較為深入的討論。首先介紹了什么是機器人動力學及其重要性，機器人動力學方程描述了系統(tǒng)與環(huán)境的交互的演變規(guī)律，機器人動力學在提升整體控制性能具有重要意義。同時，也提出了機器人動力學的窘境，對于初學者而言動力學理論復雜，較難理解，熟悉完理論后，又不知如何將其運用到實際工作中。

       針對上述問題，課程從機器人動力學建模、動力學參數(shù)辨識、動力學與軌跡規(guī)劃、動力學與位置控制和動力學與柔順控制這五個方面進行了具體講解，首先介紹各部分的理論知識，包括方程參數(shù)含義以及推導過程，之后結合具體的例子介紹理論應用。

       在課程的最后，主講老師還對同學們提出的典型問題進行了答疑，主要問題是各部分內容之間的一些聯(lián)系。同時也對一些新興研究方法提出了獨特的見解，幫助學習者理清機器人動力學理論的主要脈絡。

       期望大家通過本課程的學習，能夠對機器人動力學有更清楚的了解，對于一些典型的機器人模型，可以對其進行運動學建模，得到運動學方程，從而更好對機器人進行位置控制和柔順控制研究。

精彩內容

       在進行了機器人動力學建模和軌跡規(guī)劃之后，我們可以進一步對機器人進行動力學位置控制研究。常見控制方法有較為經(jīng)典的機器人驅動器三環(huán)PID控制，對于機器人關節(jié)空間軌跡位置控制有三環(huán)PID反饋加動力學前饋以及速度與加速度前饋等方法。但是PID控制在位置控制穩(wěn)定性上無法進行理論證明，因此提出了一種計算力矩法，并介紹了開環(huán)系統(tǒng)方程和控制率，推導出閉環(huán)系統(tǒng)方程，在理論上對其控制方法的穩(wěn)定性做出證明。