MATLAB SIMULINK 建模与仿真 六自由度机械臂

### 使用MATLAB SIMULINK进行六自由度机械臂的建模与仿真

#### 建立模型前的准备
为了在SIMULINK环境中建立并模拟六自由度机械臂，需先理解机器人运动学的基础概念[^1]。这包括变换矩阵、正向运动学以及逆向运动学等内容。

#### 创建新的Simulink项目
启动MATLAB之后，在命令窗口输入`simulink`打开Simulink库浏览器；新建一个空白模型文件用于构建机械臂控制系统。

#### 添加必要的模块
从Simulink Library Browser中拖拽如下组件到工作区：

- **Simscape Multibody**: 提供物理建模工具集来定义关节和连杆参数。
- **Sources Blocks**: 如Clock用来提供时间信号给系统。
- **Actuator & Sensor Modules**: 控制器输出作为驱动电机指令输入端口，传感器反馈实际位置信息以便于闭环控制设计。
- **Scope Module**: 实现数据可视化观察各轴角度变化趋势图线显示功能。

% 定义机械臂DH参数
a = [0 0.475 0.39225 0 0 0]; % 链接长度
d = [0.1519 0 0 0.47745 0 0.05]; % 关节偏移量
alpha = [-pi/2 pi/2 pi/2 -pi/2 pi/2 0]; % 扭转角
theta = sym('q', [6 1]); % 符号变量表示六个关节的角度

for i=1:length(a)
    T(:,:,i)=transl(d(i)).*rotz(theta(i))*rotx(alpha(i))*transl([a(i);0;0]);
end
T_all=T(:,:,1);
for j=2:length(a)
    T_all=T_all*T(:,:,j);
end
disp(T_all);

function R = rotz(t)
R=[cos(t) -sin(t) 0;
 sin(t) cos(t) 0;
 0     0      1];
end

function R = rotx(t)
R=[1 0        0;
 0 cos(t) -sin(t);
 0 sin(t) cos(t)];
end

function P = transl(xyz)
P=[eye(3) xyz';
   0 0 0 1];
end

上述代码片段展示了如何利用Denavit-Hartenberg(DH) 参数法计算串联型多刚体系统的齐次转换矩阵序列 `T_all` ，该过程对于后续创建虚拟样机至关重要。

#### 构造机械结构实体部分
通过SolidWorks或其他CAD软件导出STL格式几何形状导入至Matlab/Simulink环境内完成具体外形搭建任务。接着设置每一段连接处属性比如质量分布特性等物理性质描述。

#### 编写控制器算法实现轨迹跟踪性能优化
针对特定应用场景需求编写合适的PID调节策略或者其他先进智能调控手段确保末端执行器能够按照预定路径精准移动到达目标点位。

#### 运行仿真实验获取结果分析报告
配置好所有要素以后点击运行按钮开始动态演算流程直至结束时刻为止收集有关姿态误差曲线图表资料辅助评估整体方案优劣程度从而为进一步改进指明方向。