六自由度液压运动平台的自动控制论文
《2024年六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》范文
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言六自由度机械臂，以其出色的灵活性、灵活的运动空间以及复杂的运动能力，在现代自动化工业和高端科技领域有着广泛的应用。
本篇论文旨在介绍一种六自由度机械臂控制系统的设计与运动学仿真。
通过详细阐述系统设计、控制策略以及运动学仿真结果，为六自由度机械臂的研发与应用提供理论依据和实验支持。
二、系统设计1. 硬件设计六自由度机械臂控制系统硬件主要包括机械臂本体、驱动器、传感器和控制单元等部分。
其中，机械臂本体采用串联式结构设计，通过六个关节的协调运动实现六自由度。
驱动器选用高性能直流无刷电机，并配备高精度减速器以提高控制精度。
传感器包括位置传感器、力传感器等，用于实时监测机械臂的状态和外部环境信息。
控制单元采用高性能微处理器，负责接收传感器信息、处理控制指令并输出控制信号。
2. 软件设计软件设计主要包括控制系统算法设计和人机交互界面设计。
控制系统算法包括运动规划、轨迹跟踪、姿态调整等模块，通过优化算法提高机械臂的运动性能和控制精度。
人机交互界面采用图形化界面设计，方便用户进行操作和监控。
三、控制策略1. 运动规划运动规划是六自由度机械臂控制系统的重要组成部分，主要任务是根据任务需求规划出合理的运动轨迹。
本系统采用基于规划的方法，通过预设的运动路径和速度参数，使机械臂按照规划的轨迹进行运动。
同时，采用动态规划算法对机械臂的运动进行实时调整，以适应外部环境的变化。
2. 轨迹跟踪轨迹跟踪是六自由度机械臂控制系统的核心部分，主要任务是使机械臂在运动过程中始终保持正确的姿态和位置。
本系统采用基于PID控制算法的轨迹跟踪策略，通过实时调整控制信号，使机械臂能够准确、快速地跟踪预设的轨迹。
同时，针对机械臂在运动过程中可能出现的扰动和误差，采用鲁棒性较强的控制策略进行优化。
四、运动学仿真为验证六自由度机械臂控制系统的设计效果和运动性能，我们进行了运动学仿真实验。
通过建立三维模型，模拟机械臂在不同任务下的运动过程，并分析其运动轨迹、姿态调整和速度变化等关键参数。
6-UCU并联六自由度平台运动及其控制系统的研究
6-UCU并联六自由度平台运动及其控制系统的研究侯骏飞;曾亿山;鲁军【摘要】以6-UCU并联六自由度平台为研究对象,介绍了六自由度平台的结构及工作原理.利用Solidworks和Ad-ams对六自由度平台进行运动学仿真和分析,得出伺服液压缸的运动特性曲线,验证6-UCU型并联六自由度平台的设计是否合理、准确,对整个六自由度平台的液压系统的安全性及可靠性具有指导作用.通过PID控制器的设计和Simulink仿真,研究了参数变化对系统性能的影响,找出了影响系统性能的关键参数,从而为改进和优化系统方案提供了合理的参考.%As the research object, the structure and the working principle of 6- UCU six degreeoffreedom parallel platform are introduced in this paper. Using Solidworks and Adams for kinematics simulation and analysis of 6-DOF platform, the motion curves of the servo cylinders are gotten to validate the accuracy of the 6-DOF aircraft platform. It plays an important role for the security and reliability of the hydraulic six degrees of freedom system. PID control-ler and simulink simulation are done to study the effect of the change of parameters on system performance. The key parameters are found out, which will affect the system performance. Thus it will provide reasonable references when the system is optimized.【期刊名称】《流体传动与控制》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】5页(P11-15)【关键词】6-UCU;并联;六自由度;运动学仿真【作者】侯骏飞;曾亿山;鲁军【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TH137.9目前多数的六自由度运动平台都是双端球铰型六自由度平台，而球铰存在着承载能力差，运动间隙大等缺点。
关于六自由度液压伺服运动系统研究论文
关于六自由度液压伺服运动系统研究论文关于六自由度液压伺服运动系统研究论文飞行模拟机是一个复杂的实时仿真系统，它能够模拟飞机的各种飞行状态，给飞行员提供逼真的视觉、听觉、动感和力感。
飞行模拟器液压伺服运动系统是一个六自由度运动平台，它能够作绕空间坐标3 个轴的俯仰、横滚、偏航角运动和沿3 轴的升降、横移、纵移直线运动。
平台有6 套独立的液压伺服系统，计算机通过控制6个作动筒的伸缩，来实现运动平台在6 个自由度上的运动。
1 六自由度运动系统结构六自由度运动系统主要包括以下部分: 万向铰链下支座、液压作动筒、储能器、万向铰链上支座、油源、控制电缆以及运动控制计算机。
1. 1 万向铰链支座组件每一个万向铰链上、下支座组件包括两个接头，它与运动平台的底部或地面相连，平台可以在最大偏移包线内自由运动，而没有任何机械阻碍。
万向铰链上支座接头的主轴和辅助轴上装有楔形的滚珠轴承，万向铰链下支座接头的主轴和辅助轴上装有滚柱轴承，所有的轴承都被调整到在指定负载情况下可无间隙地转动。
1. 2 伺服作动筒组件运动伺服作动筒是一个活塞杆以及活塞上带有静压轴承的不对称液缸，6 个作动筒控制整个运动平台6 个自由度的运行。
其中液压作动筒的设计比较特别，它包括液压缸、液压管、电液伺服阀、溢流阀、单向阀、节流阀以及位移传感器。
1. 3 油源油源被设计为一个完整独立的.分系统，包括运动及油冷却所需的泵、驱动电机、控制装置、油箱、相关设备以及阀门。
运动泵由一台110 kW 的电机驱动，泵容量可变并进行压力补偿。
在系统压力为19MPa 时，系统最大流量可调节到将近422 L /min，连续流量为292 L /min。
泵的最小额定工作压力为25MPa。
运动泵从油箱中吸油。
油箱的入口和出口被隔开，以更好地散热。
高压储能器直接安装在油源上。
正常工作时，泵、控制阀或者其他的液压系统组成部分不会发生气穴现象，阀门也不会震颤。
在具体工程中，油源的流量和压力根据需要发生改变。
六自由度液压平台控制
六自由度液压平台控制摘要：根据六自由度运动平台性能特点，对平台进行了基于位置反解的轨迹规划，并对平台控制系统硬件和软件模块进行了分析，以B&R 可编程控制器为结构设计了六自由度平台运动控制系统。
采用该控制系统，对平台进行了位置跟踪和轨迹跟踪性能测试试验，试验结果证明了模型的正确性及基于模糊神经网络整定的PID控制的工程可行性和有效性，为今后对液压六自由度运动平台的进一步深入研究提供一个便捷高效的平台。
关键词：六自由度;控制系统;运动平台随着自动化技术的发展和自动化程度的不断提高,对液压运动平台系统的稳定性、快速性、准确性、自适应性和鲁棒性等控制品质提出了更高的要求。
一般情况下,传统型控制器如PID控制器、最优化控制器和自适应控制器等就难以得到满意的控制效果;而人工智能型控制器能实现满意的控制效果,这类控制器不依赖于被控系统的精确数学模型,而依赖于人的经验知识,或者依赖于系统的输入与输出之间的非线性映射模型。
迭代学习控制(ILC)就具有人工智能特性,是处理不确定量的一种有效途径,它需要信息少,通用性好,计算方便快速。
1.轨迹规划六自由度平台机构由6个并联设置的伺服液压缸驱动，动感平台的任何一个自由度的运动均会造成6个液压缸的不同运动，所以六自由度平台机构是一个多变量、强耦合的液压伺服系统，各伺服液压缸需要协调一致地动作，机构在运动过程中才不至于产生不稳定和破坏现象。
对于六自由度平台来说，保持某种姿态或实现某种运动实际上是使六自由度平台的六根伺服液压缸跟踪期望轨迹的控制问题。
平台要保持某种姿态或达到什么位置，就必须对其运动轨迹进行规划，因此平台的运动轨迹的规划尤为重要。
并联机构的位姿控制和运动轨迹规划问题实质上都是机构的反解问题，即如何控制驱动杆来实现期望的运动轨迹。
而并联机构的位置反解简单且唯一，把参数化后的位姿曲线方程代入到位置反解中，得到并联机构驱动杆的运动规律，以此来控制各驱动杆就可以使动平台按照期望轨迹运动，因此利用并联机构的运动位置反解方程来规划上平台所期望的复杂的运动位姿是可行的。
六自由度液压伺服平台实验报告
六自由度液压伺服平台实验报告一、实验目的。
1、掌握电液位置伺服控制系统的基本原理；2、掌握六自由度平台的结构解算的概念及其软件实现；3、掌握VB6.0软件与下位机PAC通过以太网通信的方法；4、掌握6SPT-1六自由度液压伺服平台复现指令信号的实施方法。
二、实验方式：演示实验。
三、实验内容。
1、根据六自由度平台系统原理图和相关电气元器件接线说明设计电控系统，演示模拟地震实验；2、了解影片动作文件的编辑，熟练操作六自由度影片播放软件；3、熟练操作六自由度平台调试软件；四、实验原理。
1、电液位置伺服控制系统的基本原理电液位置伺服控制系统以液体作为动力传输和控制介质，利用电信号进行控制输入和反馈。
只要输入某一规律的输入信号，执行元件就能启动、快速并准确地复现输入量的变化规律。
控制系统结构图如图3.1所示：图3.1电液位置伺服控制系统结构图2.六自由度平台逆解算法图3.2 空间机构位置关系示意图六自由度平台又称为Stewart平台，其结构如图3.2所示，Stewart 平台由上、下两个平台、六个驱动关节和连接球铰组成，上平台为运动平台，下平台为基座，上、下平台的六个铰点分别组成一个六边形，连接6个液压缸作为驱动关节，每个液压缸两端各连接一个球铰。
六个驱动关节的伸缩运动是独立的，由液压比例压力阀控制各液压缸作伸缩运动，从而改变各个驱动缸的长度，使动平台在空间的位置和姿态发生变化。
因此该平台是通过六个驱动杆的协调动作来实现三个线性移动及三个转动共六个自由度的运动。
Stewart平台机构的空间位置关系是指运动平台的六个自由度与六个驱动杆长度的关系，是研究该并联机构最基本的任务，也是机构速度、加速度、误差分析、工作空间分析、动力分析等的基础。
对于6-SPS平台机构，其特点是动静平台铰点共面，考虑到工作空间的对称性要求，将平台的6个铰点分成3组，三组铰点沿圆周120°均布，动、静平台的相邻两边到中心的夹角分别为30°和90°。
“六自由度”资料汇整
“六自由度”资料汇整目录一、六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真二、基于Stewart结构的六自由度并联稳定平台技术研究三、模拟器中车辆动力学与六自由度平台联合仿真技术研究四、六自由度破碎机运动特性分析及控制研究五、六自由度并联机器人工作空间分析六、基于液压六自由度平台的空间对接半物理仿真系统研究六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真随着科技的不断发展，机器人已经广泛应用于工业、医疗、军事等领域。
其中，六自由度机器人作为最具灵活性的机器人之一，备受研究者的。
本文将围绕六自由度机器人结构设计、运动学分析及仿真展开讨论，旨在深入探讨六自由度机器人的性能和特点。
关键词：六自由度机器人、结构设计、运动学分析、仿真六自由度机器人具有六个独立的运动自由度，可以在空间中实现精确的位置和姿态控制。
因其具有高灵活性、高精度和高效率等优点，六自由度机器人在自动化生产线、航空航天、医疗等领域具有广泛的应用前景。
目前，国内外研究者已对六自由度机器人的设计、制造、控制等方面进行了深入研究，并取得了一系列重要成果。
六自由度机器人的结构设计主要包括关节结构设计、连杆结构设计及控制模块设计。
关节结构是机器人的重要组成部分，用于实现机器人的转动和移动。
连杆结构通过关节连接，构成机器人的整体构型，实现机器人的各种动作。
控制模块用于实现机器人的任意角度运动，包括运动学控制和动力学控制等。
在结构设计过程中，应考虑关节的负载能力、运动速度和精度等因素，同时需注重连杆结构的设计，以实现机器人的整体协调性和稳定性。
控制模块的设计也是关键之一，需结合运动学和动力学理论，实现机器人的精确控制。
运动学是研究物体运动规律的一门学科，对于六自由度机器人的运动学分析主要包括正向运动学和逆向运动学。
正向运动学是根据已知的关节角度求解机器人末端执行器的位置和姿态，而逆向运动学则是根据末端执行器的位置和姿态求解关节角度。
对六自由度机器人进行运动学仿真，有助于深入了解机器人的运动性能。
《2024年六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》范文
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，机械臂已成为自动化生产线上不可或缺的一部分。
六自由度机械臂因其高度的灵活性和适应性，在工业、医疗、军事等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍六自由度机械臂控制系统的设计与运动学仿真，旨在为相关领域的研究和应用提供参考。
二、六自由度机械臂结构及特点六自由度机械臂主要由关节、驱动器、控制系统等部分组成。
其结构包括六个可独立运动的关节，通过控制每个关节的旋转角度，实现空间中任意位置的到达。
六自由度机械臂具有较高的灵活性和工作空间，适用于复杂环境下的作业。
三、控制系统设计（一）硬件设计控制系统硬件主要包括微处理器、传感器、执行器等部分。
微处理器负责接收上位机指令，解析后发送给各个执行器；传感器用于检测机械臂的位置、速度、加速度等信息，反馈给微处理器；执行器则根据微处理器的指令，驱动机械臂进行运动。
（二）软件设计软件设计包括控制系统算法和程序设计。
控制系统算法包括运动规划、轨迹跟踪、姿态控制等，通过算法实现对机械臂的精确控制。
程序设计则包括上位机程序和下位机程序，上位机程序负责发送指令，下位机程序负责接收指令并执行。
四、运动学仿真运动学仿真是指通过数学模型对机械臂的运动过程进行模拟，以验证控制系统的正确性和可靠性。
运动学仿真主要包括正运动学和逆运动学两部分。
（一）正运动学正运动学是指通过关节角度计算机械臂末端的位置和姿态。
通过建立机械臂的数学模型，利用关节角度计算末端执行器的位置和姿态，为后续的轨迹规划和姿态控制提供依据。
（二）逆运动学逆运动学是指根据机械臂末端的位置和姿态，计算关节角度。
通过建立逆运动学方程，将末端执行器的目标位置和姿态转化为关节角度，实现对机械臂的精确控制。
五、实验与分析通过实验验证了六自由度机械臂控制系统的设计和运动学仿真的正确性。
实验结果表明，控制系统能够实现对机械臂的精确控制，运动学仿真结果与实际运动过程相符。
基于NI实时控制器的六自由度平台测控系统设计与实现
基于NI实时控制器的六自由度平台测控系统设计与实现王效亮;张芳;曾宪科;栾婷;陈成峰【摘要】六自由度平台测控系统是六自由度平台的电气控制部分,它通过对六路液压缸的实时闭环控制,实现对平台位姿的控制;该测控系统采用NI的计算机,配置多种类型的PXI板卡,实现了对平台的电压、电流、数字IO、CAN总线等多种接口类型的测量和控制,满足了可靠性需求;采用了典型的上下位机控制,分别进行实时计算与任务管理,解决了实时性的控制需求;采用NI的虚拟仪器Labview开发测控软件,完成实时计算平台的正解与反解模块,作动器闭环控制等功能,增强系统的功能和灵活性;目前六自由度平台测控系统的硬件部分和软件部分都已经通过了调试,对系统进行了正弦运动和暂态特性测试,实验结果表明,运行速度快,满足了平台的控制要求.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2019(027)002【总页数】6页(P24-28,33)【关键词】六自由度平台;软件;SIT仿真模型【作者】王效亮;张芳;曾宪科;栾婷;陈成峰【作者单位】北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081;北京精密机电控制设备研究所,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TP273+.50 引言六自由度平台是一种模拟航天器空间运动姿态的模拟器，在其行程范围内可以模拟任意空间运动。
六自由度是平台具有六个自由运动的维度，即纵向、升降、横向、俯仰、横滚、偏航[1]。
通过对6个液压作动器的精确控制和解藕算法，实现对平台的6个自由度的位姿控制。
其系统示意图如图1所示。
图1 六自由度平台示意图六自由度运动平台可以实现对既定的轨迹的跟踪，作为运动仿真平台有着广泛的应用：1)可以作为航空飞行模拟器；2)可以作为机器人的模拟运动机构；3)在娱乐界可以作为体感模拟娱乐机；4)用作飞机、船舶、潜艇、航天器等运动载体中相关仪器设备的试验。
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摘要六自由度运动平台，由于有极为广阔的应用前景，可以完成在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态，可广泛应用到各种训练模拟器上。
由于六自由度运动平台的研制，涉及机械、液压、电气、控制、计算机、传感器，空间运动数学模型、实时信号传输处理、图形显示、动态仿真等等一系列高科技领域，因而六自由度运动平台的研制变成了高等院校、研究院所在液压和控制领域水平的标志性象征。
通过六自由度运动平台的机构特点及应用，可以在平台控制总体设计的基础上完成液压伺服系统的建模工作,在Matlab软件中对系统进行了仿真分析,将常规PID控制和基于神经网络算法的先进PID控制方法进行对比,仿真结果表明基于神经网络的PID控制方法对伺服系统具有良好的控制效果,同时也证明了电液伺服控制系统设计的合理性,将控制策略应用于样机平台,平台运行稳定,流畅。
为平台控制的进一步改进和完善奠定了基础。
关键词：六自由度平台；液压；PID控制AbstractSix degree of freedom motion platform, because there is a very broad application prospects, can be completed in the space of six degrees of freedom (X, Y, Z, alpha, beta, gamma) movement, which can simulate various spatial motion, can be widely applied to various training simulator. As the development of six degree of freedom motion platform, relates to the mechanical, hydraulic, electrical, control, computer, sensor, the spatial movement mathematical model, real-time signal transmission and processing, graphic display, dynamic simulation and so on a series of high-tech fields, so the development of six degree of freedom motion platform into colleges and universities, research institutes to hydraulic and control field level symbol.Through the mechanism, characteristics and application of six degree of freedom motion platform, can complete the modeling of hydraulic servo system based on the general control platform design, in the Matlab software to simulate the system analysis, the conventional PID control and PID neural network algorithm based on advanced control methods were compared, the simulation results show that the PID neural network the control method has good control effect of the servo system based on, it also proved that the design of electro-hydraulic servo control system is reasonable, the control strategy is applied in the prototype platform, platform stable operation, smooth. As a platform to control the further improvement and laid the foundation for the perfection of.Key words：6-DOF platform；hydraulic；PID control目录摘要 (III)ABSTRACT .................................................................................................................................. I V 目录 (V)1绪论........................................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1课题背景及意义................................................................................. 错误！未定义书签。
1.2六自由度平台发展及应用................................................................. 错误！未定义书签。
1.3六自由度平台国内外研究状况 (3)1.3.1 国外研究现状 (3)1.3.2 国内研究现状.............................................................................. 错误！未定义书签。
1.4课题主要研究内容 (4)2 六自由度运动平台本体结构设计 (5)2.1平台主要性能指标 (5)2.2平台结构 (5)2.3平台驱动方式 (6)3 液压缸设计 (7)3.1简介 (7)3.2液压缸的设计 (7)3.3液压缸的密封设计 (10)3.4支承导向的设计 (10)3.5防尘圈的设计 (11)3.6液压缸材料的选用 (11)3.7液压泵的选择 (12)3.8电机的选择 (14)4 液压油路设计 (15)4.1液压设备外接线路 (15)4.2操作板 (15)4.3程序地址分配 (16)4.4芯片接线图 (17)4.5PLC程序指令 (20)5 液压伺服系统的建模与仿真 (25)5.1六自由度运动平台系统的总体设计 (25)5.2数学模型的建立 (25)5.2.1 单个作动器的数学模型 (26)5.3系统的控制及仿真 (26)5.3.1 基于常规PID的控制系统仿真研究 (26)5.3.2 基于BP神经网络的控制算法 (27)5.3.3 仿真实现 (28)6 液压运动平台的运动仿真 (30)6.1液压平台的基本结构设计 (30)6.2虚拟样机的建立与仿真 (31)6.2.1 零件建模 (31)6.2.2 装配设计 (32)6.2.3 运动分析 (33)6.3结束语 (36)7 结论与展望 (37)致谢 (38)参考文献 (39)1绪论1.1课题背景及意义六自由度平台的研制对舰船运动规律的研究起着重要的作用平台可以在实验室中模拟舰船在海上航行时摇摆的情况将舰船在海洋中摇摆的姿态和运动真实地再现出来并能检测舰载直升机系统和各分系统在各种摇摆和位置姿态下的动态和静态技术性能。
该专用设备主要由机械运动系统、液压伺服控制系统、传感检测系统、信号采集处理系统、计算机控制系统和各种安全保护装置等组成可按试验要求实现六个自由度的旋转运动以及这些自由度的复合运动以达到模拟舰船在海上的垂荡、纵荡、横荡、纵摇、横摇和艏摇各种摇摆状况的目的。
六自由度平台可以进行船舶运动和结构动力学研究同时也是驾驶员航海训练的一种良好设备可以将舰载武器和设备仪器放在平台上进行陆地实验减少海上实验次数这样就降低了实验成本和研究周期。
可见用平台在实验室作运动模拟试验具有明显的节能性、安全性、可控性、无破坏性、经济性、可操作性和训练效率高等优点对进行舰船运动模拟技术研究具有重要意义。
目前运动模拟技术己成为多快好省达到研究舰船运动和训练飞行目的的最佳途径六自由度平台是一种发展快、应用广的典型运动模拟器是一具有重大经济价值和国防战略意义的高精尖试验设备而我国在这一领域的设计和制造水平与西方发达国家相比还有相当大的差距。
因此深入研究六自由度平台运动系统的基础理论对其关键技术进行理论分析和实验研制出性能优良能满足各方面需求的平台对提高我国的仿真技术水平增强国防实力具有重大的理论意义和实际应用价值。
1.2六自由度平台发展及应用上世纪年代末特别是年代以来并联式机构被广为关注成为新的热点由于六自由度平台具有结构刚度大、承载能力强、位置精度高、哈尔滨工程大学硕十学位论文响应快的优点而且可以灵活地实现六个自由度的三维空间运动。
1965年六自由度平台是英国工程师Stewart于1965年在他的论文《A Platform with 6 degrees freedom》中作为一种六轴并联式空间机构的设计提出的,称为Stewart机构[1]。
在制作飞行模拟器后,Stewart机构逐渐成为飞行摸拟器的标准机构。
到70年代初,美国NASA等研究中心公布了6-DOF并联式平台的研究成果,相继出现了6-DOF并联机构运动平台的飞行模拟器。
1974年美国制定了空勤人员训练模拟器6-DOF并联式运动平台系统军用标准MIL-STD-1588。
此后6-DOF并联式运动平台己趋向标准化、系列化生产阶段。
1978年澳大利亚著名的机构学专家Hunt.KH教授指出Stewart机构更接近于人体的结构,提出可将Stewart 平台机构用作并联机器人的主要机构,至此并联机器人的研究受到许多学者的关注。
MacCallion和Pham在1979年首次利用这种机构设计出了用于装配的机器人,从此拉开了并联机器人研究的序幕,此后Stewart机构又被称为并联机器人。
Stewart机构在大功率装配机器人、步行机器人、机器人手腕等方面得到进步的发展。
Stewart机构进一步的应用范围逐渐扩展到机床方面,即所谓的并联机床,但不论是并联机器人还是并联机床,要实现运动精确伺服控制是非常困难的,主要难点在于Stewart机构在运动学、动力学极其控制方面蕴涵的复杂性和大量的计算。