已知双足机器人动力学方程角度1、角度2、角度3变量,角度1对机器人角度2的求偏导MATLAB
时间: 2023-09-15 18:05:31 浏览: 55
### 回答1:
双足机器人的动力学方程可以表示为:
M(q)q'' + C(q, q')q' + g(q) = τ
其中,M(q)是质量矩阵,C(q, q')是科氏力矩阵,g(q)是重力矩阵,τ是关节力矩向量,q是关节角度向量,q'和q''分别是关节角速度和关节角加速度向量。
现在要求角度1对机器人角度2的求偏导:
∂(M(q)q'')/∂q2 + ∂(C(q, q')q')/∂q2 + ∂g(q)/∂q2 = ∂τ/∂q2
其中,∂(M(q)q'')/∂q2 = ∂M(q)/∂q2q'' + M(q)∂q''/∂q2
根据运动学关系,可以得到:
q' = J(q)q_dot
其中,J(q)是雅可比矩阵,q_dot是关节角速度向量。
将上式代入C(q, q')q'中,得到:
C(q, q')q' = C(q, J(q)q_dot)J(q)q_dot
将上述结果带入原方程,可以得到:
∂M(q)/∂q2q'' + ∂(C(q, J(q)q_dot))/∂q2J(q)q_dot + ∂g(q)/∂q2 = ∂τ/∂q2
其中,∂M(q)/∂q2是质量矩阵的二阶偏导数,可以通过机器人模型的动力学参数计算得到;∂g(q)/∂q2是重力矩阵的一阶偏导数,也可以通过机器人模型的动力学参数计算得到;∂(C(q, J(q)q_dot))/∂q2是科氏力矩阵的一阶偏导数,可以通过雅可比矩阵的一阶和二阶偏导数计算得到。
因此,可以使用MATLAB的符号计算工具箱来计算上述偏导数。具体实现方式如下:
1. 定义符号变量:
syms q1 q2 q3 q1_dot q2_dot q3_dot real
2. 定义机器人模型的动力学参数:
M = [m1+m2+m3, 0, 0; 0, m2+m3, m3*l*cos(q2); 0, m3*l*cos(q2), m3*l^2];
g = [0; -m2*g*l*sin(q2)-m3*g*(l*sin(q2)+h*sin(q2+q3)); -m3*g*h*sin(q2+q3)];
J = [-l*sin(q2), 0, 0; l*cos(q2), 0, 0; 0, h*cos(q2+q3), h*cos(q2+q3)];
C = simplify(jacobian(J*q_dot, [q1, q2, q3])*M*jacobian(q_dot, [q1, q2, q3]) - jacobian(M*q_dot_dot, [q1, q2, q3]));
其中,m1、m2、m3分别是机器人的三个质量,l是腿长,h是身体高度,g是重力加速度常数。
3. 计算偏导数:
dMdq2 = simplify(diff(M, q2));
dgdq2 = simplify(diff(g, q2));
dCdq2 = simplify(jacobian(C, q2));
4. 将偏导数代入原方程,得到角度1对机器人角度2的求偏导结果:
d2q1/dq2 = -inv(dMdq2)*(dCdq2*q_dot + dgdq2)
其中,inv(dMdq2)是质量矩阵的二阶偏导数的逆矩阵。
### 回答2:
在MATLAB中求解双足机器人角度1对角度2的偏导数,可以通过使用符号计算工具箱来实现。以下是一个使用MATLAB代码示例:
首先,需要定义机器人的关节变量和动力学方程。假设机器人的角度1、角度2、角度3分别为q1、q2和q3,则机器人的动力学方程可以表示为:
M(q) * q'' + C(q, q') * q' + G(q) = U,
式中M(q)为惯量矩阵,C(q, q')为科里奥利力矩阵,G(q)为重力矩矢量,q''为角加速度,q'为角速度,U为输入力矩。
首先,需要使用符号变量来定义角度变量:
syms q1 q2 q3;
然后,根据机器人的动力学方程,用符号表达式表示M(q)、C(q, q')和G(q):
M = [M11, M12, M13; M21, M22, M23; M31, M32, M33];
C = [C11, C12, C13; C21, C22, C23; C31, C32, C33];
G = [G1; G2; G3];
接下来,计算角度1对角度2的偏导数,即d(q1)/d(q2):
dq1_dq2 = diff(q1, q2);
最后,将结果显示出来:
disp(dq1_dq2);
运行上述代码后,MATLAB将会显示出角度1对角度2的偏导数。
需要注意的是,为了求解偏导数,需要提前对M、C和G进行定义,具体数值根据机器人的特性和设计进行设置。此外,在使用符号计算工具箱时,要保证已经加载了该工具箱。
### 回答3:
要求求解双足机器人动力学方程中角度1对角度2的偏导数,可以通过MATLAB进行计算。
首先,我们需要将双足机器人的动力学方程转化为符号表达式。假设角度1、角度2、角度3分别为q1、q2、q3,机器人动力学方程的表示为eqn1。然后,我们可以使用syms命令定义符号变量,代码如下:
syms q1 q2 q3; % 定义符号变量
eqn1 = ... ; % 双足机器人动力学方程
接下来,通过调用diff函数对eqn1关于q2求偏导,即可得到角度1对角度2的偏导数。代码如下:
diff_eqn1_q2 = diff(eqn1, q2); % 对eqn1关于q2求偏导
最后,我们可以将求得的偏导数进行输出或者进一步的计算,如进行数值计算。代码示例如下:
disp(diff_eqn1_q2); % 输出角度1对角度2的偏导数
另外,需要注意的是,由于题目中未提供具体的动力学方程表达式,因此在以上代码中的省略号处需要根据具体问题进行相应的动力学方程表达式的填写。