2022年roboticstoolboxformatlab的机器人仿真.docx

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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -要建立 PUMA560的机器人对象, 第一我们要明白PUMA560的 D-H参数,之后我们可以利用 Robotics Toolbox 工具箱中的 link 和 robot 函数来建立 PUMA560的机器人对象；其中 link 函数的调用格式：L = LINKalpha A theta D L =LINKalpha A theta D sigma L =LINKalpha A theta D sigma offset L =LINKalpha A theta D, CONVENTION L =LINKalph

2、a A theta D sigma, CONVENTION L =LINKalpha A theta D sigma offset, CONVENTION 参数 CONVENTION 可以取standard 和modified ,其中standard 代表采纳标准的 D-H 参数,modified 代表采纳改进的 D-H参数；参数alpha 代表扭转角,参数A代表杆件长度, 参数theta 代表关节角, 参数D代表横距, 参数sigma代表关节类型： 0 代表旋转关节, 非 0 代表移动关节；另外 LINK 仍有一些数据域：LINK.alpha LINK.A LINK.theta LINK.D

3、 LINK.sigma LINK.RP LINK.mdh LINK.offset LINK.qlim LINK.islimitq LINK.I LINK.m LINK.r LINK.G LINK.Jm LINK.B LINK.Tc LINK.dh LINK.dyn %返回扭转角 %返回杆件长度 %返回关节角 %返回横距 %返回关节类型%返回R 旋转 或P 移动 %如为标准 D-H 参数返回 0,否就返回 1 %返回关节变量偏移%返回关节变量的上下限min max %假如关节变量超限,返回-1, 0, +1 %返回一个 3 3对称惯性矩阵%返回关节质量 %返回 3 1 的关节齿轮向量 %返回齿轮

4、的传动比 %返回电机惯性 %返回粘性摩擦 %返回库仑摩擦return legacy DH row return legacy DYN row 其中 robot 函数的调用格式：ROBOT %创建一个空的机器人对象ROBOTrobot %创建 robot 的一个副本robot ROBOTrobot, LINK %用 LINK 来创建新机器人对象来代替ROBOTLINK, . %用 LINK 来创建一个机器人对象ROBOTDH, . %用 D-H 矩阵来创建一个机器人对象ROBOTDYN, . %用 DYN矩阵来创建一个机器人对象细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - -

5、- - - - - 第 1 页,共 4 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -利用 MATLAB中 Robotics Toolbox 工具箱中的 transl 、rotx 、roty 和 rotz 可以 实现用齐次变换矩阵表示平移变换和旋转变换；下面举例来说明：A 机器人在 x 轴方向平移了 0.5 米,那么我们可以用下面的方法来求取平移变 换后的齐次矩阵： transl0.5,0,0 ans = 1.0000 0 0 0.5000 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 1.000

6、0 B 机器人绕 x 轴旋转 45 度,那么可以用 rotx 来求取旋转后的齐次矩阵： rotxpi/4 ans = 1.0000 0 0 0 0 0.7071 -0.7071 0 0 0.7071 0.7071 0 0 0 0 1.0000 C 机器人绕 y 轴旋转 90 度,那么可以用 roty 来求取旋转后的齐次矩阵： rotypi/2 ans = 0.0000 0 1.0000 0 0 1.0000 0 0 -1.0000 0 0.0000 0 0 0 0 1.0000 D 机器人绕 z 轴旋转 -90 度,那么可以用 rotz-pi/2 ans = rotz 来求取旋转后的齐次矩阵：

7、0.0000 1.0000 0 0 -1.0000 0.0000 0 0 0 0 1.0000 0 0 0 0 1.0000 当然,假如有多次旋转和平移变换,我们只需要多次调用函数在组合就可以了；另外,可以和我们学习的平移矩阵和旋转矩阵做个对比,信任是一样的；3 轨迹规划利用 Robotics Toolbox供应的 ctraj、jtraj和 trinterp函数可以实现笛卡尔规划、关节空间规划和变换插值；其中 ctraj 函数的调用格式：TC = CTRAJT0, T1, N TC = CTRAJT0, T1, R 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - -

8、 - - 第 2 页,共 4 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -参数 TC为从 T0到 T1的笛卡尔规划轨迹,N为点的数量,R为给定路径距离向量,R的每个值必需在 0 到 1 之间；其中 jtraj 函数的调用格式：Q QD QDD = JTRAJQ0, Q1, N Q QD QDD = JTRAJQ0, Q1, N, QD0, QD1 Q QD QDD = JTRAJQ0, Q1, T Q QD QDD = JTRAJQ0, Q1, T, QD0, QD1 参数 Q为从状态 Q0到 Q1的关节空间规划

9、轨迹, N为规划的点数, T 为给定的时间向量的长度,速度非零边界可以用划轨迹的速度和加速度；其中 trinterp 函数的调用格式：TR = TRINTERPT0, T1, R QD0和 QD1来指定； QD和 QDD为返回的规参数 TR为在 T0 和 T1 之间的坐标变化插值, R需在 0 和 1 之间；要实现轨迹规划,第一我们要创建一个时间向量,假设在两秒内完成某个动作,采样间隔是 56ms,那么可以用如下的命令来实现多项式轨迹规划：t=0:0.056:2; q,qd,qdd=jtrajqz,qr,t; 其中 t 为时间向量,qz 为机器人的初始位姿,qr 为机器人的最终位姿,q 为经过

10、的路径点,qd 为运动的速度,qdd 为运动的加速度；其中 q、qd、qdd 都是六列的矩阵,每列代表每个关节的位置、速度和加速度；如 q:,3代表关节 3 的位置, qd:,3代表关节 3 的速度, qdd:,3代表关节 3的加速度；4 运动学的正问题 利用 Robotics Toolbox 中的 fkine 函数可以实现机器人运动学正问题的求解；其中 fkine 函数的调用格式：TR = FKINEROBOT, Q 参数 ROBOT为一个机器人对象, TR为由 Q定义的每个前向运动学的正解；以 PUMA560为例,定义关节坐标系的零点qz=0 0 0 0 0 0 ,那么 fkinep560

11、,qz将返回最终一个关节的平移的齐次变换矩阵；假如有了关节的轨迹规划之后, 我们也可以用 fkine 来进行运动学的正解；比如：t=0:0.056:2; q=jtrajqz,qr,t; T=fkinep560,q; 返回的矩阵 T 是一个三维的矩阵,前两维是 是时间；5 运动学的逆问题4 4 的矩阵代表坐标变化,第三维利用 Robotics Toolbox 中的 ikine 函数可以实现机器人运动学逆问题的求解；其中 ikine 函数的调用格式：Q = IKINEROBOT, T Q = IKINEROBOT, T, Q Q = IKINEROBOT, T, Q, M 细心整理归纳 精选学习资

12、料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 4 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -参数 ROBOT为一个机器人对象, Q为初始推测点（默认为 0）, T 为要反解的变换矩阵；当反解的机器人对象的自由度少于 度；6 时,要用 M进行忽视某个关节自由有了关节的轨迹规划之后, 我们也可以用 ikine 函数来进行运动学逆问题的求解；比如：t=0:0.056:2; T1=transl0.6,-0.5,0; T2=transl0.4,0.5,0.2; T=ctrajT1,T2,lengtht; q=ikinep560,T; 我们也可以尝试先进行正解,再进行逆解,看看能否仍原；Q=0 pi/4 pi/4 0 pi/8 0; T=fkinep560,q; qi=ikinep560,T;细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 4 页 - - - - - - - - -