设机械手的某个关节的起始关节角θ0=6°,并且机械手原来是静止的。要求在tf=3s内平滑地运动到θ_f=66°时停下来(即要求在终端时速度为零)。用Matlab编程分别规划出满足上述条件的用抛物线过渡的线性插值和三次多项式插值轨迹。并分别求出关节角位置、角速度及角加速度随时间变化的方程。并画出关节角位置、角速度及角加速度随时间变化的曲线。
时间: 2024-03-14 21:43:02 浏览: 125
控制机械手
好的,我知道了你的问题,我会根据你的要求回答你的问题。但是需要注意的是,这里只提供计算公式和Matlab代码,具体的机械手参数需要你自己填写,以保证计算结果的准确性。以下是针对你的问题的解答:
首先,根据题意,可以得到机械手关节角的起始值为θ0=6°,目标值为θf=66°,运动时间为tf=3s。我们可以先计算出机械手关节角的加速度a和运动距离s,具体计算公式如下:
a = 2*(θf - θ0)/(tf^2)
s = 0.5*a*tf^2
其中a表示加速度,s表示运动距离。
接下来,我们分别使用抛物线过渡的线性插值和三次多项式插值规划出满足条件的轨迹。
1. 抛物线过渡的线性插值
根据抛物线过渡的线性插值公式,可以得到机械手在t时间内的角度θ(t)、角速度ω(t)和角加速度α(t)的计算公式如下:
θ(t) = θ0 + 0.5*a*t^2 (0 <= t <= t1)
θ(t) = θ1 + ω1*(t - t1) (t1 <= t <= tf)
ω(t) = a*t (0 <= t <= t1)
ω(t) = ω1 (t1 <= t <= tf)
α(t) = a (0 <= t <= t1)
α(t) = 0 (t1 <= t <= tf)
其中t1表示机械手从起始位置加速到最大速度时的时间,θ1表示机械手运动到最大速度时的角度,ω1表示机械手运动到最大速度时的角速度。
接下来,我们使用Matlab编程实现上述公式:
```matlab
% 抛物线过渡的线性插值
theta0 = 6; % 起始角度
thetaf = 66; % 目标角度
tf = 3; % 运动时间
t1 = tf/2; % 加速到最大速度的时间
a = 2*(thetaf - theta0)/(tf^2); % 加速度
s = 0.5*a*t1^2; % 加速距离
theta1 = theta0 + s; % 运动到最大速度时的角度
omega1 = a*t1; % 运动到最大速度时的角速度
% 计算关节角位置、角速度和角加速度随时间变化的方程
t = 0:0.01:tf; % 时间变化范围
theta = zeros(size(t)); % 关节角位置
omega = zeros(size(t)); % 角速度
alpha = zeros(size(t)); % 角加速度
for i = 1:length(t)
if t(i) <= t1
theta(i) = theta0 + 0.5*a*t(i)^2;
omega(i) = a*t(i);
alpha(i) = a;
elseif t(i) <= tf
theta(i) = theta1 + omega1*(t(i) - t1);
omega(i) = omega1;
alpha(i) = 0;
end
end
% 绘制关节角位置、角速度和角加速度随时间变化的曲线
subplot(3,1,1);
plot(t,theta);
xlabel('时间(s)');
ylabel('关节角位置(deg)');
title('抛物线过渡的线性插值');
subplot(3,1,2);
plot(t,omega);
xlabel('时间(s)');
ylabel('角速度(deg/s)');
subplot(3,1,3);
plot(t,alpha);
xlabel('时间(s)');
ylabel('角加速度(deg/s^2)');
```
2. 三次多项式插值
根据三次多项式插值公式,可以得到机械手在t时间内的角度θ(t)、角速度ω(t)和角加速度α(t)的计算公式如下:
θ(t) = a0 + a1*t + a2*t^2 + a3*t^3 (0 <= t <= tf)
ω(t) = a1 + 2*a2*t + 3*a3*t^2 (0 <= t <= tf)
α(t) = 2*a2 + 6*a3*t (0 <= t <= tf)
其中a0、a1、a2、a3为系数,需要通过求解线性方程组得到。具体的求解过程可以使用Matlab的polyfit函数实现。
接下来,我们使用Matlab编程实现上述公式:
```matlab
% 三次多项式插值
theta0 = 6; % 起始角度
thetaf = 66; % 目标角度
tf = 3; % 运动时间
t = 0:0.01:tf; % 时间变化范围
% 计算关节角位置、角速度和角加速度随时间变化的方程
a = [1 0 0 0; 1 tf tf^2 tf^3; 0 1 0 0; 0 1 2*tf 3*tf^2];
b = [theta0; thetaf; 0; 0];
x = a\b;
theta = x(1) + x(2)*t + x(3)*t.^2 + x(4)*t.^3;
omega = x(2) + 2*x(3)*t + 3*x(4)*t.^2;
alpha = 2*x(3) + 6*x(4)*t;
% 绘制关节角位置、角速度和角加速度随时间变化的曲线
subplot(3,1,1);
plot(t,theta);
xlabel('时间(s)');
ylabel('关节角位置(deg)');
title('三次多项式插值');
subplot(3,1,2);
plot(t,omega);
xlabel('时间(s)');
ylabel('角速度(deg/s)');
subplot(3,1,3);
plot(t,alpha);
xlabel('时间(s)');
ylabel('角加速度(deg/s^2)');
```
这样,我们就实现了机械手关节角的平滑运动规划,并绘制出了关节角位置、角速度和角加速度随时间变化的曲线。
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