MATLAB - 机器人动力学 - 质心（Center of Mass）

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前言

一、用法

com = centerOfMass(robot)
com = centerOfMass(robot,configuration)
[com,comJac] = centerOfMass(robot,configuration)

二、说明

• com = centerOfMass(robot) 计算机器人模型在原点构型处相对于基础坐标系的质心位置。
• com = centerOfMass(robot,configuration) 计算机器人模型在指定关节配置处相对于基准坐标系的质心位置。
• [com,comJac] = centerOfMass(robot,configuration) 还返回质心雅各布系数，它将质心速度与关节速度联系起来。

三、示例

3.1 计算机器人配置的质量中心和雅各布系数

        从机器人系统工具箱™ loadrobot 中加载库卡 LBR iiwa 机器人模型。该模型被指定为刚体树（rigidBodyTree）对象。

lbr = loadrobot("kukaIiwa14")

lbr = 
  rigidBodyTree - 属性:

     NumBodies: 10
        Bodies: {[1×1 rigidBody]  [1×1 rigidBody]  [1×1 rigidBody]  [1×1 rigidBody]  [1×1 rigidBody]  [1×1 rigidBody]  [1×1 rigidBody]  [1×1 rigidBody]  [1×1 rigidBody]  [1×1 rigidBody]}
          Base: [1×1 rigidBody]
     BodyNames: {'iiwa_link_0'  'iiwa_link_1'  'iiwa_link_2'  'iiwa_link_3'  'iiwa_link_4'  'iiwa_link_5'  'iiwa_link_6'  'iiwa_link_7'  'iiwa_link_ee'  'iiwa_link_ee_kuka'}
      BaseName: 'world'
       Gravity: [0 0 0]
    DataFormat: 'struct'

        将数据格式设置为 "行"。对于所有动力学计算，数据格式必须是 "行 "或 "列"。

lbr.DataFormat = "row";

        计算机器人原点配置的质心位置和雅各布。

[comLocation,comJac] = centerOfMass(lbr);
show(lbr);
hold all
plot3(comLocation(1),comLocation(2),comLocation(3),Marker="x",MarkerSize=30,LineWidth=5);

四、输入参数

robot - 机器人模型 —— 刚体树对象
        以刚体树对象形式指定的机器人模型。要使用质量中心函数，请将数据格式属性设置为 "行 "或 "列"。

 configuration - 机器人配置 —— 矢量
        机器人配置向量，包含机器人模型中所有非固定关节的位置。您可以使用 homeConfiguration(机器人)、randomConfiguration(机器人)或指定自己的关节位置来生成配置。要使用矢量形式的配置，请将机器人的 DataFormat 属性设置为 "行 "或 "列"。

 五、输出参数

com - 质量中心位置 —— [x y z] 矢量
        质心位置，以 [x y z] 向量形式返回。该向量描述了指定配置的质心相对于车身坐标系的位置，单位为米。

comJac - 质量中心雅各布矩阵 —— 3 乘 n 矩阵
        质量中心雅各布，以 3 乘 n 矩阵形式返回，其中 n 是机器人的速度自由度。 

六、参考

 [1] Featherstone, Roy. Rigid Body Dynamics Algorithms. Springer US, 2008. DOI.org (Crossref), doi:10.1007/978-1-4899-7560-7.