Matlab仿真法求解机器人工作空间的研究

"基于Matlab的机器人工作空间求解方法 (2009年)，作者：赵燕江，张永德，姜金刚，邵俊鹏，发表于《机械科学与技术》2009年第28卷第12期" 本文探讨了机器人工作空间的求解方法，特别提出了一种新的策略——基于Matlab的仿真法。机器人工作空间是机器人能够到达的所有位置的集合，是设计和分析机器人作业能力的关键因素。传统的求解方法通常依赖于机器人运动学的正解和反解，这涉及到复杂的数学运算，特别是对于高自由度的机器人来说，计算过程既耗时又困难。 作者指出，他们利用Matlab/Simulink中的SimMechanics工具箱来建立机器人的结构模型。SimMechanics是Matlab的一个扩展，专门用于物理系统建模和仿真，能方便地模拟机械系统的动态行为。通过该工具箱，可以直观地构建机器人的连杆结构，然后通过仿真追踪机器人手臂末端的运动轨迹。在仿真过程中，记录下末端执行器在各个时刻的位置坐标，这些坐标点构成了机器人工作空间的边界。 相比传统的运动学求解和极限理论编程，仿真法有明显优势。它避免了直接求解正反解的难题，简化了程序设计，使得计算过程更加直观和高效。同时，这种方法也降低了编程的复杂性，因为大部分工作由SimMechanics自动完成。 此外，作者还对比了仿真法与蒙特卡洛法。蒙特卡洛法是一种统计模拟方法，通过大量随机抽样来解决问题。尽管这种方法在某些情况下有效，但可能需要大量的计算时间，且图形效果和数值精度可能不如仿真法。实验结果显示，仿真法在求解速度、图形表现和数值准确性上都优于蒙特卡洛法，表明了其在机器人工作空间求解上的优越性。 总结来说，基于Matlab的机器人工作空间求解方法通过SimMechanics的仿真功能，提供了一种更简便、高效的解决方案，尤其适用于复杂机器人系统的分析。这一方法的提出，不仅简化了工作空间的计算，也为机器人设计和控制提供了新的思路，对于机器人领域的研究和发展具有积极的意义。