机器人技术
陶建国
哈尔滨工业大学机电学院
2005,2.
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? 第六章 机器人静力学和动力学
静力学和动力学分析，是机器人操作机设计和动态性能分
析的基础。特别是动力学分析，它还是机器人控制器设计、
动态仿真的基础。
机器人静力学研究机器人静止或缓慢运动式，作用在机器
人上的力和力矩问题。特别是当手端与环境接触时，各关节
力（矩）与接触力的关系。
机器人动力学研究机器人运动与关节驱动力（矩）间的动
态关系。描述这种动态关系的微分方程称为动力学模型。由
于机器人结构的复杂性，其动力学模型也常常很复杂，因此
很难实现基于机器人动力学模型的实时控制。然而高质量的
控制应当基于被控对象的动态特性，因此，如何合理简化机
器人动力学模型，使其适合于实时控制的要求，一直是机器
人动力学研究者追求的目标。
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6.1 机器人静力学
一、杆件之间的静力传递
在操作机中，任取两连杆, 。设在杆 上的 点
作用有力矩 和力 ；在杆 上作用有自重力 〔 过质
心 ）； 和 分别为由 到 和 的向径。
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1iM?uur 1iF?ur iL iGur
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4
按静力学方法, 把这些力, 力矩简化到 的固联坐标系
,可得：
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或
式中 ( 为杆 的质量 )。0
iiG m g??
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求出 和 在 轴上的分量，就得到了关节力和扭矩，
它们就是在忽略摩擦之后，驱动器为使操作机保持静力平
衡所应提供的关节力或关节力矩，记作,其大小为
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5
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例 1 求两杆操作机的静关节力矩 (坐标系与结构尺寸如图 )。
解：
设已知
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8