假设对于两连杆2R机器人(杆长𝑳𝟏 = 𝟎. 𝟓,𝑳𝟐 = 𝟏 ),在MATLAB中计算和分析 其可操作度椭球。得出𝜽 = 𝟎,𝝅Τ𝟒 和𝜽 = 𝟎, 𝟑𝝅Τ𝟒 两个位形下测试结果(雅克 比矩阵-可操作度椭球体积-条件数-可视化图)
时间: 2024-10-09 21:01:58 浏览: 38
基于MATLAB_SimMechanics模块六自由度串联机器人的运动分析与控制.pdf
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在MATLAB中,对于两连杆2R机器人(也称为双摇杆机器人,各杆长度分别为L1=0.5米和L2=1米),要计算和分析其可操作度椭球,你需要完成以下几个步骤:
1. **数学模型**:
首先,你需要建立机器人的几何模型,通常通过欧拉角(𝜃₁, 𝜃₂)来描述末端执行器的位置。在这个案例中,雅克比矩阵(Jacobian)会用于连接关节速度到末端位置的速度映射。
2. **雅克比矩阵**:
计算雅克比矩阵,它是一个将关节速度(d𝜃/dt)转换成末端位置(dx/dt)和方向的变化率的工具。对于2R机器人,雅克比矩阵可以表示为:
```
J = [L1 * cos(θ1) - L2 * sin(θ1 + θ2); L1 * sin(θ1) + L2 * cos(θ1 + θ2)]
```
3. **可操作度椭球**:
可操作度椭球(Operational Space Inertia Ellipsoid,简称OSEE)基于雅克比矩阵的行列式和迹(迹等于方阵对角线元素之和)。当雅克比矩阵是满秩时,OSEE的形状和大小反映了末端执行器的活动范围。如果雅克比矩阵的秩不是满秩(即 det(J) ≠ 0 且 tr(J^T J) ≠ 0),则需要进一步处理。
4. **数值求解**:
使用`eig`函数计算雅克比矩阵的特征值,得到奇异值(即条件数),它们对应于椭球的半径。雅克比矩阵的条件数是评估稳定性和控制性能的重要指标。
5. **绘制图形**:
使用`ellipse`函数在平面上绘制可操作度椭圆,并结合`contourf`绘制雅可比矩阵的条件数图像,这有助于理解机器人在不同位姿下的运动限制。
6. **测试结果**:
分别计算并记录两个特殊位形(比如𝜽 = 0, 𝝅Τ𝟒 和𝜽 = 0, 𝟑𝝅Τ𝟒)下的雅克比矩阵、OSEE体积、条件数,以及相应的可视化图形。
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