示例MATLAB程序,建立六自由度机器人的三维动力学仿真模型,采用独立PD控制、重力补偿PD控制完成关节空间轨迹跟踪任务...
时间: 2023-09-13 09:08:23 浏览: 62
以下是一个六自由度机器人的三维动力学仿真模型的示例MATLAB程序:
```matlab
% 定义机器人结构
L1 = Link('d',0.1,'a',0,'alpha',pi/2,'offset',0);
L2 = Link('d',0,'a',0.5,'alpha',0,'offset',0);
L3 = Link('d',0,'a',0.4,'alpha',-pi/2,'offset',0);
L4 = Link('d',0,'a',0,'alpha',pi/2,'offset',0);
L5 = Link('d',0,'a',0,'alpha',-pi/2,'offset',0);
L6 = Link('d',0,'a',0,'alpha',0,'offset',0);
robot = SerialLink([L1 L2 L3 L4 L5 L6],'name','Six-Axis Robot');
% 生成机器人的初始状态
q0 = [0 0 0 0 0 0];
qd0 = [0 0 0 0 0 0];
x0 = [q0 qd0];
% 定义PD控制器参数
Kp = diag([10 10 10 10 10 10]);
Kd = diag([1 1 1 1 1 1]);
% 定义时间戳和时间步长
tspan = 0:0.01:10;
% 定义控制器类型(独立PD控制或重力补偿PD控制)
controller_type = 'independentPD'; % 或 'gravityCompensationPD'
% 运行仿真
options = odeset('RelTol',1e-4,'AbsTol',1e-6);
[t,x] = ode45(@(t,x) six_axis_robot_dynamics(robot,Kp,Kd,controller_type,t,x),tspan,x0,options);
% 绘制关节角度随时间的变化
figure;
plot(t,x(:,1:6));
xlabel('Time (s)');
ylabel('Joint angles (rad)');
legend({'q1','q2','q3','q4','q5','q6'});
% 绘制关节角速度随时间的变化
figure;
plot(t,x(:,7:12));
xlabel('Time (s)');
ylabel('Joint velocities (rad/s)');
legend({'qd1','qd2','qd3','qd4','qd5','qd6'});
% 绘制关节角度与速度随时间的变化
figure;
subplot(2,1,1);
plot(t,x(:,1:6));
xlabel('Time (s)');
ylabel('Joint angles (rad)');
legend({'q1','q2','q3','q4','q5','q6'});
subplot(2,1,2);
plot(t,x(:,7:12));
xlabel('Time (s)');
ylabel('Joint velocities (rad/s)');
legend({'qd1','qd2','qd3','qd4','qd5','qd6'});
function xdot = six_axis_robot_dynamics(robot,Kp,Kd,controller_type,t,x)
% 机器人的动力学方程
q = x(1:6);
qd = x(7:12);
if strcmp(controller_type,'gravityCompensationPD')
tau = robot.gravload(q).';
else
tau = 0;
end
tau = tau + Kp*(q-[pi/4 pi/4 pi/4 pi/4 pi/4 pi/4]).' + Kd*(qd-[0 0 0 0 0 0]).';
M = robot.inertia(q);
C = robot.coriolis(q,qd);
G = robot.gravload(q).';
qdd = M\(tau-C*qd-G);
xdot = [qd;qdd];
end
```
在这个示例程序中,我们首先定义了一个六自由度机器人的结构,并生成了机器人的初始状态。然后,我们定义了PD控制器的参数,以及时间戳和时间步长。接下来,我们定义了控制器类型,并通过调用 `ode45` 函数运行了仿真过程。
在 `ode45` 函数中,我们调用了一个名为 `six_axis_robot_dynamics` 的函数,该函数计算机器人的动力学方程,并返回机器人的状态 (`xdot`)。在 `six_axis_robot_dynamics` 函数中,我们根据控制器类型计算了关节力矩的大小。如果是独立PD控制,我们使用 PD 控制器的输出来计算关节力矩;如果是重力补偿PD控制,我们则使用机器人的重力项来计算关节力矩。然后,我们计算了机器人的加速度,用于更新机器人的状态。
最后,我们绘制了机器人的关节角度、角速度和关节角度与速度随时间的变化。
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