精品课程推荐 | 机器人动力学理论及其应用

       机器人广泛的应用于生产生活各个领域，其普及程度决定了一个国家的加工制造水平的高低。因此，国内外众多专家对机器人相关领域进行了深入研究，尤其是针对系统动力学的建模，对机器人动力学控制领域有着极其重要的现实意义。系统的运动学分析是一种几何方式，并不考虑产生运动的力和力矩，而动力学方程则阐述了力和运动之间的关系，让控制可以更加精确，以满足机器人实际需求。

       机器人的运动分析包括运动学分析和动力学分析。机器人的运动学描述的是机器人末端和各个关节位置的几何关系，而动力学描述的是各动态参数和力矩之间的关系。对于机器人控制来说，电机的力矩作为输入，末端的位置作为输出，在控制上，分为非集中控制（uncentralized control）和集中控制（centralized control）。

       机器人运动学模型是任务逆解和动力学计算的基础，而动力学模型是动力学控制和规划的基础。本课程首先介绍了机器人动力学理论研究的重要性，指出动力学是机器人控制的四层塔式架构的基石，同时与机器人系统辨识是规划与控制的重要基础，动力学在提升整体控制性能具有重要意义。随后详细介绍了动力学建模、参数辨识和轨迹规划等理论研究，以及现如今在机器人上的实际应用和所存在的问题。

01 课程及平台介绍

       本课程重点对机器人动力学参数辨识、动力学与轨迹规划、动力学与位置控制等方面内容做了介绍。如介绍连杆动力学模型时，选取了基于牛顿-欧拉方程和基于线性分离方法进行了理论介绍。

课程内容

1、机器人动力学建模

2、机器人动力学参数辨识

3、机器人动力学与轨迹规划

4、机器人动力学与位置控制

5、机器人动力学与柔顺控制

适合人群

· 人工智能、机器人、自动化、控制工程、机械电子、智能制造等专业的全国高校教师、研究生

· 帮助科研院所的科研人员、教师拓宽知识领域

· 机器人相关企业技术负责人/工程师

课程特点

      本课程主要是对机器人动力学理论及其应用展开了较为深入的讨论。首先介绍了什么是机器人动力学及其重要性，机器人动力学方程描述了系统与环境的交互的演变规律，机器人动力学在提升整体控制性能具有重要意义。同时，也提出了机器人动力学的窘境，对于初学者而言动力学理论复杂，较难理解，熟悉完理论后，又不知如何将其运用到实际工作中。

       针对上述问题，课程从机器人动力学建模、动力学参数辨识、动力学与轨迹规划、动力学与位置控制和动力学与柔顺控制这五个方面进行了具体讲解，首先介绍各部分的理论知识，包括方程参数含义以及推导过程，之后结合具体的例子介绍理论应用。

       在课程的最后，主讲老师还对同学们提出的典型问题进行了答疑，主要问题是各部分内容之间的一些联系。同时也对一些新兴研究方法提出了独特的见解，帮助学习者理清机器人动力学理论的主要脉络。

       期望大家通过本课程的学习，能够对机器人动力学有更清楚的了解，对于一些典型的机器人模型，可以对其进行运动学建模，得到运动学方程，从而更好对机器人进行位置控制和柔顺控制研究。

精彩内容

       在进行了机器人动力学建模和轨迹规划之后，我们可以进一步对机器人进行动力学位置控制研究。常见控制方法有较为经典的机器人驱动器三环PID控制，对于机器人关节空间轨迹位置控制有三环PID反馈加动力学前馈以及速度与加速度前馈等方法。但是PID控制在位置控制稳定性上无法进行理论证明，因此提出了一种计算力矩法，并介绍了开环系统方程和控制率，推导出闭环系统方程，在理论上对其控制方法的稳定性做出证明。