Robot Dynamics Algorithms

هدف این کتاب ارائه الگوریتم‌های محاسباتی کارآمد برای محاسبه دینامیک مکانیسم‌های ربات است که به عنوان سیستم‌های اجسام صلب نشان داده می‌شوند. کارایی با استفاده از فرمول‌های بازگشتی معادلات حرکت به دست می‌آید، یعنی فرمول‌هایی که در آنها معادلات حرکت به طور ضمنی بر حسب روابط بازگشتی بین کمیت‌های توصیف‌کننده سیستم بیان می‌شوند. استفاده از فرمول های بازگشتی در دینامیک نسبتاً جدید است، 50 اصول عملکرد آنها و دلایل کارایی آنها توضیح داده شده است. سه الگوریتم اصلی شرح داده شده است: فرمول بازگشتی نیوتن اویلر برای دینامیک معکوس (محاسبه نیروهای با توجه به شتاب ها)، و روش های ترکیبی- جسم صلب و بدنه مفصلی برای دینامیک رو به جلو (محاسبه شتاب ها با توجه به نیروها). ). این الگوریتم‌ها در ابتدا در قالب یک زنجیره سینماتیکی بدون شاخه و حلقه باز توصیف می‌شوند - یک مکانیزم ربات سریالی معمولی. این کار برای ساده نگه داشتن توضیحات الگوریتم ها انجام می شود و مطابق با توضیحاتی است که در ادبیات ظاهر می شود. پس از معرفی الگوریتم‌های پایه، محدودیت‌های مکانیسم برداشته می‌شوند و الگوریتم‌ها برای مقابله با درخت‌ها و حلقه‌های سینماتیکی و محدودیت‌های عمومی در اتصالات گسترش می‌یابند. مشکل شبیه سازی اثر تماس بین ربات و محیط آن نیز در نظر گرفته شده است. به جزئیات و مشکلات عملی پیاده‌سازی این الگوریتم‌ها در رایانه توجه می‌شود.

The purpose of this book is to present computationally efficient algorithms for calculating the dynamics of robot mechanisms represented as systems of rigid bodies. The efficiency is achieved by the use of recursive formulations of the equations of motion, i.e. formulations in which the equations of motion are expressed implicitly in terms of recurrence relations between the quantities describing the system. The use of recursive formulations in dynamics is fairly new, 50 the principles of their operation and reasons for their efficiency are explained. Three main algorithms are described: the recursIve Newton-Euler formulation for inverse dynamics (the calculation of the forces given the accelerations), and the composite-rigid-body and articulated-body methods for forward dynamics (the calculation of the accelerations given the forces). These algorithms are initially described in terms of an un-branched, open­ loop kinematic chain -- a typical serial robot mechanism. This is done to keep the descriptions of the algorithms simple, and is in line with descriptions appearing in the literature. Once the basic algorithms have been introduced, the restrictions on the mechanism are lifted and the algorithms are extended to cope with kinematic trees and loops, and general constraints at the joints. The problem of simulating the effect of contact between a robot and its environment is also considered. Some consideration is given to the details and practical problems of implementing these algori?hms on a computer.