Dynamic modeling and analysis of a lightweight robotic manipulator in joint space

The primary importance of the paper is the application of the efficient formulation for the simulation of open-loop lightweight robotic manipulator. The framework employed in the paper makes use of the spatial operator algebra and the associated equations are expressed in joint space. This compact representation of the manipulator dynamics makes it possible to solve the robot forward and inverse dynamics problems in a recursive and fast manner. In the current form, the presented algorithm can be applied for the dynamics simulation of an open-loop chain system possessing any number of joints. Specifically, the formulation has been successfully applied for the analysis of the 7DOF KUKA LWR robot. Results from a number of test cases for the robot demonstrate the verification of the calculations.

---

W artykule przedstawiono efektywny algorytm do analizy dynamiki manipulatora przestrzennego o otwartym łańcuchu kinematycznym. Równania opisujące dynamikę układu zapisano w formie algebraiczno-macierzowej w przestrzeni współrzędnych złączowych. Wprowadzona zwarta reprezentacja równań opisujących ruch manipulatora pozwoliła na rozwiązanie zadania prostego i odwrotnego dynamiki manipulatora w rekursywny i wydajny sposób. Algorytm uogólniono na przypadki analizy dynamiki otwartych łańcuchów kinematycznych z dowolną liczbą stopni swobody. Opracowane sformułowanie zastosowano do analizy dynamiki manipulatora KUKA LWR o siedmiu stopniach swobody. Zweryfikowano poprawność obliczeń numerycznych dla testowych przypadków ruchu manipulatora, a wyniki porównano z rezultatami otrzymanymi w pakiecie komercyjnym do obliczeń dynamiki układów wieloczłonowych.