动力学模型与运动学模型的关系

动力学模型与运动学模型的关系

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_61285168/article/details/137741127

动力学模型与运动学模型是机器人控制中的两个核心概念。本文将深入探讨它们之间的区别与联系，并介绍常见的建模方法及其在实际应用中面临的挑战。

基本概念

动力学模型与运动学模型的主要区别在于关注点不同：

• 动力学模型：关注物体的运动状态和受力情况，通常基于牛顿定律进行描述。
• 运动学模型：只关注物体的运动状态，不涉及受力情况。

以四旋翼无人机为例：

• 动力学模型的输入为螺旋桨提供的拉力和力矩，输出为四旋翼的速度和角速度。
• 运动学模型的输入为动力学模型的输出（速度和角速度），输出为四旋翼的位置和姿态。

它们之间的关系如图所示：

建模目的

精确建模的主要目的是实现精准控制，满足设计需求。具体来说：

• 运动学模型：主要用于位置和速度控制。
• 动力学模型：主要用于力矩控制。

空间转换问题

在机器人控制中，通常存在两个空间转换问题：

• 关节空间：电机等执行机构所在的空间。
• 操作空间（笛卡尔空间）：机器人末端执行器所在的空间。

运动学和动力学模型本质上是在这两个空间之间建立映射关系。

建模方法

常见的建模方法包括：

• 运动学建模：D-H参数法、几何法。
• 动力学建模：拉格朗日方程法、牛顿-欧拉法。

实际挑战

虽然建立模型相对容易，但获取准确的模型参数却面临较大挑战，尤其是动力学模型。因此，动力学参数辨识成为了一个重要的研究方向。