网站微信建设运维培训班,做视频网站空间要多大,宣传海报怎么制作,好用的html模板网站机器人建模、运动学与动力学仿真分析是机器人设计和开发过程中的关键步骤。
一、机器人建模
机器人建模是描述机器人物理结构和运动特性的过程。其中#xff0c;URDF#xff08;Unified Robot Description Format#xff09;是一种常用的机器人模型描述方法。通过URDFURDFUnified Robot Description Format是一种常用的机器人模型描述方法。通过URDF可以定义机器人的连杆links、关节joints、惯性inertia、视觉和碰撞属性等。
importrobot 功能importrobot函数用于从URDFUnified Robot Description Format文件中导入机器人模型。URDF是一种XML格式用于描述机器人的关节、连杆、碰撞和视觉属性等。使用方式通过向importrobot函数提供URDF文件的路径可以创建一个rigidBodyTree对象该对象包含了机器人的所有物理特性和运动学特性。示例代码robot importrobot(myRobot.urdf);loadrobot 功能loadrobot函数用于加载预定义的机器人模型。这些模型可能是MATLAB Robotics System Toolbox中已经内置的或者是用户通过其他方式定义的。使用方式通过向loadrobot函数提供一个字符串参数表示机器人模型的名称可以直接加载该模型为一个rigidBodyTree对象。示例代码robot loadrobot(universalUR10); // 加载Universal Robots UR10机器人模型特点loadrobot函数提供了一种快速访问常见机器人模型的方法无需手动编写或导入URDF文件。smimport 功能smimport函数通常用于导入CAD计算机辅助设计文件或其他3D模型文件到Simscape Multibody环境中。Simscape Multibody是MATLAB的一个模块用于构建和仿真多体系统如机械系统。使用方式smimport函数支持多种CAD文件格式如STL、STEP、IGES等允许用户将CAD模型导入Simscape Multibody环境中进行进一步的处理和仿真。特点虽然smimport函数可以用于导入机器人模型但它通常更多地用于导入更一般的3D模型。与importrobot和loadrobot不同smimport不直接创建rigidBodyTree对象而是将模型导入到Simscape Multibody环境中以便进行更高级的动力学和运动学仿真。 importrobot从URDF文件中导入机器人模型创建rigidBodyTree对象。loadrobot快速加载预定义的机器人模型为rigidBodyTree对象。smimport将CAD或其他3D模型文件导入Simscape Multibody环境通常不直接创建rigidBodyTree对象而是用于更复杂的动力学和运动学仿真。 在MATLAB中可以使用importrobot函数来读取URDF文件并创建机器人模型。
在MATLAB中使用loadrobot函数加载机器人模型并将其表示为rigidBodyTree对象后您可以进一步将这个模型转换为Simscape Multibody模型以便在Simulink环境中进行更复杂的动力学仿真。 robot importrobot(universalUR5e.urdf);
show(robot)robot loadrobot(universalUR5e,DataFormatcolumn);
robotSM smimport(robot,ModelNameManipulatorTrajectoryPlanning_Subsystem);
model get_param(robotSM,Name);
% 导入UR5e机器人模型robot loadrobot(universalUR5e, DataFormat, row, Gravity, [0 0 -9.81]);show (robot)% DH参数a [0.00000, -0.42500, -0.39225, 0.00000, 0.00000, 0.0000];d [0.089159, 0.00000, 0.00000, 0.10915, 0.09465, 0.0823];alpha [1.570796327, 0, 0, 1.570796327, -1.570796327, 0];q_home_offset [0, -1.570796327, 0, -1.570796327, 0, 0];joint_direction [-1, -1, 1, 1, 1, 1];mass [3.7000, 8.3930, 2.2750, 1.2190, 1.2190, 0.1879];center_of_mass [[0, -0.02561, 0.00193]; [0.2125, 0, 0.11336]; [0.11993, 0.0, 0.0265]; [0, -0.0018, 0.01634]; [0, 0.0018, 0.01634]; [0, 0, -0.001159]];下面是机器人的六个连杆
基座关节Base Joint与连杆 通常命名为“基座”或“Base Link”它是机器人的起点支撑着整个机械臂结构。肩部关节Shoulder Joint与连杆 肩部关节允许机器人手臂在水平面内进行旋转。对应的连杆可以称为“肩部连杆”或“Shoulder Link”它连接着基座和肘部关节。肘部关节Elbow Joint与连杆 肘部关节使机器人手臂能够在垂直平面内弯曲或伸展。对应的连杆称为“肘部连杆”或“Elbow Link”它连接着肩部连杆和腕部关节。腕部关节Wrist Joints与连杆 UR5e机器人的腕部通常包含三个关节分别负责俯仰Pitch、偏转Yaw和滚动Roll运动。这三个关节对应的连杆可以分别命名为“俯仰连杆”、“偏转连杆”和“滚动连杆”或者简化为“Wrist Pitch Link”、“Wrist Yaw Link”和“Wrist Roll Link”。这些连杆连接着手臂末端和手部执行器。手部执行器Hand/End Effector 虽然手部执行器本身不是一个关节或连杆但它是机器人手臂的末端部分用于执行抓取、操作等任务。 ———————————————————————————————— —————————————————————————————————— 加载模型后可以使用MATLAB的机器人工具箱Robotics Toolbox进行进一步的分析和仿真。
二、机器人运动学
机器人运动学是研究机器人各部分之间的相对运动、速度和加速度的学科。它分为正向运动学和逆向运动学两部分。
正向运动学给定机器人各关节的变量如关节角度或位移计算机器人末端执行器如机械臂的末端的位置和姿态。正向运动学的解通常是唯一且容易获得的。逆向运动学已知机器人末端执行器的期望位置和姿态求解对应的关节变量。逆向运动学问题往往有多个解且求解过程更为复杂。
在MATLAB中可以使用机器人工具箱中的函数如fkine和ikine进行正向和逆向运动学分析。
三、动力学仿真分析
动力学仿真分析是评估机器人系统动力学响应、优化设计参数和提高运动精度和效率的关键步骤。它涉及到对机器人系统力学特性的建模和仿真包括质量、惯性、运动学关系和外部施加力等。
在MATLAB中可以使用Simulink和MATLAB/Simulink Robotics System Toolbox进行动力学仿真分析。这些工具提供了丰富的库函数和工具箱可用于机器人运动学和动力学建模、仿真和控制。
仿真分析的步骤通常包括
建立机器人的动力学模型根据机器人的结构和任务要求选择合适的动力学模型并使用数学方程进行建模。确定仿真参数设置仿真的时间步长、仿真时长、初始条件等参数以及机器人的质量、惯性、关节摩擦等参数。进行仿真运行根据建立的动力学模型和设定的仿真参数进行仿真运行。仿真运行可以得到机器人系统在不同时刻的位姿、速度、加速度等信息。分析仿真结果对仿真结果进行分析评估机器人的动力学性能如稳定性、精度和效率等。 Model and Control a Manipulator Arm with Robotics and Simscape- MATLAB Simulink- MathWorks 中国Execute a pick-and-place workflow using an ABB YuMi robot, which demonstrates how to design robot algorithms in Simulink®, and then simulate the action in a test environment using Simscape™.https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ug/model-and-control-a-manipulator-arm-with-simscape.html 2-D Path Tracing with Inverse Kinematics- MATLAB Simulink- MathWorks 中国Calculate inverse kinematics for a simple 2-D manipulator.https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ug/2d-inverse-kinematics-example.html
Perform Trajectory Tracking and Compute Joint Torque for Manipulator Using Simscape- MATLAB Simulink- MathWorks 中国This example shows you how to use Simulink® with Robotics System Toolbox™ to perform trajectory tracking and compute joint torque required to drive the Simscape™ Multibody™ model of the manipulator along the given joint trajectory.https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ug/perform-trajectory-tracking-and-compute-joint-torque-for-manipulator-using-simscape.html
Motion Planning and RigidBodyTree Simulation of UR5e for Bin Picking Using manipulatorRRT Algorithm- MATLAB Simulink- MathWorks 中国This example shows the motion planning algorithm design workflow for a real-world cobot bin picking application.https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/urseries/ug/motion-planning-rbt-ur5e-simulation-manipulatorrrt-example.html
uniUR5e loadrobot(universalUR5e);
Design inverse kinematics solvers, configurations, and waypoints - MATLAB- MathWorks 中国The Inverse Kinematics Designer enables you to design an inverse kinematics solver for a URDF robot model.https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/ref/inversekinematicsdesigner-app.html
