Simulink下机械臂阻抗控制仿真与研究

"本文主要探讨了机械臂阻抗控制系统的理论和仿真，通过Simulink/SimMechanics工具进行模型建立，旨在解决机械臂在力和位置控制中遇到的动力学不精确问题。" 机械臂阻抗控制系统是机器人技术中的一个重要组成部分，其目标是使机械臂在与环境交互时具有类似生物体的柔顺性。这种系统能够有效地控制机械臂的末端执行器在接触环境时的力反馈，同时保持轨迹跟踪性能。在描述的系统中，阻抗控制算法被用来处理机械臂与外部对象交互时的力控制和关节轨迹的精确控制。 在图3-3所示的阻抗控制系统中，包含了一系列封装子模块。这些子模块分别用于处理机械臂的动力学方程、一阶导数、惯性矩阵的计算以及正运动学方程。这些计算是基于牛顿-欧拉方法，通过对机械臂的质点和刚体动力学分析，得到关节力矩的表达式，从而实现对机械臂动态行为的精确控制。 公式(3-1)揭示了控制机械臂输入转矩的计算方法，它考虑了外部力（包括重力和阻抗控制器产生的力）与机械臂的动力学特性（如质量、惯性、弹性系数等）。其中，Dq表示角速度的二阶导数，M、B、Kd分别为机械臂的惯量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，Xd和X分别代表期望的位置和实际位置，F表示外部力，而hq是阻抗控制器的增益参数。 Simulink/SimMechanics是MATLAB软件的一个扩展，专门用于进行多体动力学模拟。在这个平台上建立机械臂的仿真模型，可以简化复杂的动力学建模过程，并能更好地应对模型不精确带来的问题。通过Simulink/SimMechanics，作者构建了一个两连杆机械臂模型，并应用阻抗控制算法进行了仿真研究。 仿真的结果验证了所构建的机械臂模型能够准确反映机械臂的动态行为，而且采用的阻抗控制策略能够有效地实现在力和位置上的控制。这表明阻抗控制是解决机械臂力/位置控制问题的有效途径，特别是在面对动力学模型不精确的情况下。 关键词：Simulink/SimMechanics；阻抗控制；机械臂；仿真研究 该文的研究对于理解机械臂阻抗控制的原理和实践具有重要意义，为机器人在工业、医疗和其他领域的广泛应用提供了理论和技术支持。通过阻抗控制，可以实现机械臂与环境的柔顺交互，提高其操作精度和安全性。