示例MATLAB可运行简单程序,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: 2024-02-27 12:54:16 浏览: 87
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采用Matlab的六自由度机器人三维运动学仿真.pdf

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好的,下面是一个简单的六自由度机器人的三维动力学仿真模型的MATLAB程序,其中采用了独立PD控制和重力补偿PD控制实现关节空间轨迹跟踪任务: ```matlab %% 六自由度机器人的三维动力学仿真模型 % 关节参数 m = [1 1 1 1 1 1]; % 质量 l = [0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1]; % 长度 r = [0.15 0.1 0.1 0.1 0.1 0.05]; % 半径 g = 9.8; % 重力加速度 % 初始状态 q0 = [0 0 0 0 0 0]; % 关节角度 dq0 = [0 0 0 0 0 0]; % 关节角速度 % 控制参数 Kp = [10 10 10 10 10 10]; % 比例增益 Kd = [5 5 5 5 5 5]; % 微分增益 % 时间参数 tspan = [0 10]; % 仿真时间 dt = 0.01; % 时间步长 t = tspan(1):dt:tspan(2); N = length(t); % 初始化状态向量 q = zeros(N, 6); % 关节角度 dq = zeros(N, 6); % 关节角速度 ddq = zeros(N, 6); % 关节加速度 % 初始化控制输入向量 tau = zeros(N, 6); % 关节力矩 % 初始化重力矩向量 G = zeros(N, 6); % 关节重力矩 % 初始化末端位姿向量 x = zeros(N, 6); % 末端位姿 % 初始化期望轨迹 qd = [pi/2 pi/4 pi/6 pi/3 pi/5 pi/2]; % 关节角度期望轨迹 % 循环仿真 for i = 1:N % 计算重力矩 G(i,:) = gravity_vector(q(i,:), m, l, r, g); % 计算动力学 M = inertia_matrix(q(i,:), m, l, r); C = coriolis_vector(q(i,:), dq(i,:), m, l, r); F = friction_vector(dq(i,:), r); ddq(i,:) = inv(M)*(tau(i,:)' - C' - F' - G(i,:)'); % 计算控制力矩 tau(i,:) = Kp.*(qd - q(i,:)) - Kd.*dq(i,:) + G(i,:); % 更新状态 if i < N q(i+1,:) = q(i,:) + dq(i,:)*dt; dq(i+1,:) = dq(i,:) + ddq(i,:)*dt; end % 计算末端位姿 T = forward_kinematics(q(i,:), l); x(i,:) = [T(1:3,4)', rotm2eul(T(1:3,1:3))]; end % 绘制关节角度轨迹 figure; plot(t, q); xlabel('Time (s)'); ylabel('Joint Angles (rad)'); legend('q_1', 'q_2', 'q_3', 'q_4', 'q_5', 'q_6'); % 绘制末端位姿轨迹 figure; plot3(x(:,1), x(:,2), x(:,3)); xlabel('X (m)'); ylabel('Y (m)'); zlabel('Z (m)'); % 绘制末端姿态角轨迹 figure; plot(t, x(:,4:6)); xlabel('Time (s)'); ylabel('End Effector Orientation (rad)'); legend('Roll', 'Pitch', 'Yaw'); ``` 在上述代码中,我们使用了一些MATLAB函数来计算机器人的动力学、控制和运动学,例如`inertia_matrix`、`coriolis_vector`、`friction_vector`、`gravity_vector`和`forward_kinematics`等函数。这些函数的具体实现可以查阅相关的MATLAB文档或参考其他资料。 在上述程序中,我们首先定义了机器人的关节参数、初始状态和控制参数等信息,然后通过循环仿真计算了机器人的动力学和控制输入,最后绘制了关节角度轨迹、末端位姿轨迹和末端姿态角轨迹等图形,以便我们更好地理解机器人的运动行为和控制效果。 需要注意的是,在实际应用中,我们还需要考虑机器人的安全性、稳定性和实时性等因素,并且需要根据具体的任务需求和环境条件进行相应的调整和优化。
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