機器人連桿坐標系原點的角加速度和線加速度的推導

Craig書中的動力學章節(jié)里給出了機器人連桿坐標系原點角加速度線加速度遞推表達式场刑,但書中只說明了根據(jù)哪兩個表達式得到了該結(jié)論般此,實質(zhì)上還是需要一定的推導過程的蚪战,本文在此給出角加速度和線加速度的推導步驟,以便理解透徹铐懊。

  • 角加速度傳遞關系

p137頁提到邀桑,由(6-15)可以得到連桿之間角加速度變換的方程,先看(6-15)的描述:

假設坐標系\{B\}以角速度{}^A\Omega_B相對于坐標系\{A\}轉(zhuǎn)動科乎,坐標系\{C\}以角速度{}^B\Omega_C相對于坐標系\{B\}轉(zhuǎn)動壁畸,可得到坐標系\{C\}相對于坐標系\{A\}的角加速度:

{}^A\dot\Omega_C={}^A\dot\Omega_B+{_B^A}R{}^B\dot\Omega_C+{}^A\Omega_B×{_B^A}R{}^B\Omega_C

在上式中令\{A\}=\{0\},即基座標系茅茂,\{B\}=\{i\}捏萍,即連桿i\{C\}=\{i+1\}空闲,即即連桿i+1令杈,代入后得到:\dot\omega_{i+1}=\dot\omega_{i}+{_i^0}R{_{i+1}^i}R\ddot\theta_{i+1}\hat{{^{i+1}}Z_{i+1}}+\omega_{i}×{_i^0}R{_{i+1}^i}R\dot\theta_{i+1}\hat{{^{i+1}}Z_{i+1}}
化簡后得到:
\dot\omega_{i+1}=\dot\omega_{i}+{_{i+1}^0}R\ddot\theta_{i+1}\hat{{^{i+1}}Z_{i+1}}+\omega_{i}×{_{i+1}^0}R\dot\theta_{i+1}\hat{{^{i+1}}Z_{i+1}}
推導過程中用到了關系式:^B\dot\Omega_C={_{i+1}^i}R\ddot\theta_{i+1}\hat{{^{i+1}}Z_{i+1}} ^B\Omega_C={_{i+1}^i}R\dot\theta_{i+1}\hat{{^{i+1}}Z_{i+1}}

從基座標系變換到連桿坐標系\{{i+1}\}中描述,兩邊左乘{_0^{i+1}}R碴倾,得到:

{^{i+1}}\dot\omega_{i+1}={_i^{i+1}}R{^{i}}\dot\omega_{i}+{_i^{i+1}}R{^{i}}\omega_{i}×\dot\theta_{i+1}\hat{{^{i+1}}Z_{i+1}}+\ddot\theta_{i+1}\hat{{^{i+1}}Z_{i+1}}
該式即為書中結(jié)論(6-32).

  • 線加速度傳遞關系

應用(6-12)可以得到每個連桿坐標系原點的線加速度逗噩,(6-12)的表達式如下:
{^A}\dot{V}_Q={^A}\dot{V}_{BORG}+{^A}\Omega_B×({^A}\Omega_B×{_B^A}R{}{^B}Q)+{}^A\dot\Omega_B×{_B^A}R{^B}{Q}

在上式中令\{A\}=\{0\}\{B\}=\{i\}跌榔,Q\{i+1\}原點异雁,代入后得到:

\dot{v}_{i+1}=\dot{v}_{i}+\omega_i×(\omega_i×{_i^0}R{}{^i}{P}_{i+1})+\dot\omega_i×{_i^0}R{^i}{P}_{i+1}
上式中各個向量是在\{0\}系中表達的,兩邊左乘{_0^{i+1}}R僧须,轉(zhuǎn)換到\{i+1\}系:

{^{i+1}}\dot{v}_{i+1}={_i^{i+1}}R{^i}\dot{v}_{i}+{_i^{i+1}}R{^i}\omega_i×({_i^{i+1}}R{^i}\omega_i×{_i^{i+1}}R{}{^i}{P}_{i+1})+{_i^{i+1}}R{^i}\dot\omega_i×{_i^{i+1}}R{^i}{P}_{i+1}
等式右邊提取出{_i^{i+1}}R纲刀,可得:

{^{i+1}}\dot{v}_{i+1}={_i^{i+1}}R({^i}\dot\omega_i×{^i}{P}_{i+1}+{^i}\omega_i×({^i}\omega_i×{}{^i}{P}_{i+1})+{^i}\dot{v}_{i})
該式即為書中結(jié)論(6-34) .

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