机器人之D-H模型建立和推导

机器人的D-H（Denavit-Hartenberg）模型是一种用于描述机器人关节间关系的数学模型。该模型使用四个参数来描述每个关节之间的转动和平移关系，即旋转角度、平移距离、关节长度和角度偏移量。以下是D-H模型的建立和推导过程：

1. 定义基坐标系和机器人坐标系

机器人通常有多个关节，每个关节都有一个旋转轴和平移轴。为了方便描述机器人的运动，需要建立一个基坐标系和多个机器人坐标系。基坐标系通常是固定不动的，而机器人坐标系则随着机器人关节的运动而变化。

2. 设计机器人关节

每个机器人关节都有一个旋转轴和平移轴，这些轴可以沿着基坐标系的x、y、z轴方向。为了方便描述，需要将每个关节的轴线转换到机器人坐标系中。

3. 定义D-H参数

D-H参数用于描述每个关节之间的转动和平移关系。每个关节都有四个参数，分别是旋转角度、平移距离、关节长度和角度偏移量。这些参数需要根据机器人的实际设计和运动方式来确定。

4. 建立转移矩阵

转移矩阵用于描述机器人坐标系之间的转换关系。每个机器人坐标系都可以通过一个转移矩阵来表示，这个矩阵包含了旋转和平移的信息。转移矩阵可以通过矩阵乘法来实现多个坐标系之间的转换。

5. 推导机器人的运动方程

通过D-H参数和转移矩阵，可以推导出机器人的运动方程。这个方程可以用于描述机器人关节的运动和末端执行器的位置和姿态。根据运动方程，可以控制机器人的运动，完成各种任务。

相关问题

matlab进行D-H模型机械臂仿真

Matlab可以用来进行D-H模型机械臂的仿真。您可以按照以下步骤进行操作：

1. 定义机械臂的D-H参数：根据机械臂的结构和连接关系，定义每个关节的旋转角度、连杆长度、偏移量等参数。这些参数将用于构建机械臂的运动链。

2. 创建机械臂模型：使用Matlab的机器人工具箱（Robotics Toolbox）或者其他相关工具箱，创建机械臂的模型。您可以根据D-H参数，使用已提供的函数或自己编写代码来构建机械臂的运动链。

3. 运动学分析：使用机器人工具箱提供的函数，进行机械臂的正逆运动学分析。正运动学分析可根据关节角度计算末端执行器的位置和姿态，逆运动学分析可根据期望的末端执行器位置和姿态计算相应的关节角度。

4. 运动仿真：通过控制关节角度或末端执行器位置，可以进行机械臂的运动仿真。您可以编写代码来控制关节角度的变化，或者使用Matlab提供的插值函数来生成平滑的运动轨迹。

5. 可视化结果：使用Matlab的图形化工具，可以将机械臂的模型和运动结果进行可视化展示。您可以绘制机械臂的结构图、运动轨迹图或者实时动画，以便更直观地观察仿真结果。

以上是一个基本的D-H模型机械臂仿真流程，您可以根据具体需求和机械臂的复杂程度进行进一步的扩展和优化。希望以上信息能对您有所帮助！

ROS机器人仿真---搭建自己的机器人模型代码和结果截图

搭建自己的机器人模型需要进行以下步骤：

1. 安装ROS和仿真工具包
2. 创建ROS包和机器人模型
3. 编写机器人控制程序
4. 启动仿真环境并加载机器人模型
5. 运行机器人控制程序，观察仿真结果

下面是一个简单的机器人模型搭建示例，使用ROS Kinetic和Gazebo仿真工具包：

1. 安装ROS和仿真工具包

在Ubuntu系统中使用以下命令安装ROS Kinetic和Gazebo仿真工具包：

sudo apt-get update
sudo apt-get install ros-kinetic-desktop-full
sudo apt-get install ros-kinetic-gazebo-ros-pkgs ros-kinetic-gazebo-ros-control

2. 创建ROS包和机器人模型

使用以下命令创建一个名为my_robot的ROS包，并在其中创建一个名为urdf的目录用于存放机器人模型文件：

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg my_robot
cd my_robot
mkdir urdf

在urdf目录中创建一个名为my_robot.urdf的机器人模型文件，内容如下：

<?xml version="1.0"?>
<robot name="my_robot" xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
  <link name="base_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.3 0.3 0.1"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>
  <joint name="base_joint" type="fixed">
    <parent link="world"/>
    <child link="base_link"/>
    <origin xyz="0 0 0.05"/>
  </joint>
  <link name="left_wheel_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.05" radius="0.1"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>
  <joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="left_wheel_link"/>
    <origin xyz="0.15 0 -0.05"/>
    <axis xyz="0 1 0"/>
  </joint>
  <link name="right_wheel_link">
    <visual>
      <geometry>
        <cylinder length="0.05" radius="0.1"/>
      </geometry>
    </visual>
  </link>
  <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
    <parent link="base_link"/>
    <child link="right_wheel_link"/>
    <origin xyz="0.15 0 0.05"/>
    <axis xyz="0 1 0"/>
  </joint>
</robot>

这个机器人模型由一个长方体的底座和两个圆柱形的轮子组成，使用URDF格式描述。其中base_link表示机器人的底座，left_wheel_link和right_wheel_link分别表示左右两个轮子。

3. 编写机器人控制程序

在ROS包的src目录中创建一个名为my_robot_control.cpp的控制程序文件，内容如下：

#include <ros/ros.h>
#include <geometry_msgs/Twist.h>

int main(int argc, char** argv) {
  ros::init(argc, argv, "my_robot_control");
  ros::NodeHandle nh;
  ros::Publisher cmd_vel_pub = nh.advertise<geometry_msgs::Twist>("cmd_vel", 10);

  ros::Rate loop_rate(10);
  while (ros::ok()) {
    geometry_msgs::Twist cmd_vel;
    cmd_vel.linear.x = 0.1;
    cmd_vel.angular.z = 0.5;
    cmd_vel_pub.publish(cmd_vel);

    ros::spinOnce();
    loop_rate.sleep();
  }

  return 0;
}

这个控制程序使用ROS的Twist消息类型发布机器人的线速度和角速度，以控制机器人的运动。在这个示例中，机器人线速度为0.1，角速度为0.5。

4. 启动仿真环境并加载机器人模型

使用以下命令启动Gazebo仿真环境，并加载机器人模型：

roslaunch my_robot my_robot.launch

在my_robot包中创建一个名为my_robot.launch的启动文件，内容如下：

<?xml version="1.0"?>
<launch>
  <arg name="model" default="$(find my_robot)/urdf/my_robot.urdf"/>
  <param name="robot_description" textfile="$(arg model)" />

  <node name="spawn_urdf" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" args="-urdf -model my_robot -param robot_description -x 0 -y 0 -z 0"/>

  <node name="my_robot_control" type="my_robot_control" pkg="my_robot"/>

  <node name="gazebo_gui" pkg="gazebo" type="gazebo"/>
</launch>

这个启动文件首先将机器人模型文件加载到ROS参数服务器中，然后使用gazebo_ros包的spawn_model节点将机器人模型加载到Gazebo仿真环境中。同时运行my_robot_control程序节点控制机器人运动。最后启动Gazebo仿真环境的GUI界面。

5. 运行机器人控制程序，观察仿真结果

使用以下命令运行my_robot_control程序节点，控制机器人运动：

rosrun my_robot my_robot_control

可以观察到仿真环境中的机器人开始运动，同时在控制程序的终端输出中可以看到机器人的线速度和角速度。

下图为搭建自己的机器人模型的结果截图：