电子设计工程
Electronic Design Engineering
第 27卷
Vol.27
第 13期
No.13
2019年 7月
Jul. 2019
收稿日期:2018-11-05 稿件编号:201811016
基金项目:甘肃省工业过程先进控制重点实验室(XJK201522);甘肃省自然科学基金(1508RJZA090)
作者简介:王晓明(1954—),男,甘肃民勤人,教授。研究方向:计算机控制技术。
机器人运动学研究了机械手在空间的运动与各
个关节运动之间的关系。但是对于如何控制驱动机
器人的运动,运动学并未解决
[1]
。假如仅仅使用运动
学方法,虽然能够完成相关功能,但是响应速度不能
满足实际运行要求,也更浪费能量
[2]
。与运动学不同
的是,机器人的动力学分析可以联合控制机器人各
关节之间的驱动。所以,为了精准控制机器人的运
动,完成实际预期工作,得到更精确、优化的仿真结
果,还必须建立机器人的动力学模型
[3]
。为了提高机
器人控制效率,采用虚拟机械系统进行动力学分析,
通过输出位移、速度、加速度和反作用力曲线,用来
预测机器人系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值
载荷、仿真精度和可靠性
[4]
。
1 动力学分析
在机器人领域,对于机器人动力学的研究主要
集中还在机器人各关节的关节位置、速度、加速度与
各关节执行器驱动力矩之间的关系
[5]
。 机器人动力
学是机器人力控制的基础,也是研究机器人学中最
核 心 的 部 分 。 本 次 仿 真 采 用 Matlab Robotics
Toolbook 工具箱中的动力学计算函数如下:
1)机器人的正动力学:已知各关节的电机提供
的力矩,求对应的各个关节的角度、角速度、角加速
度信息。
[T,q,qd] = R.fdyn(T,torqfun)
其中,T 表示时间间隔,就是采样时间。关节力
矩是由用户提供的控制函数 torqfun 计算:
基于 MATLAB 的机器人动力学仿真与控制
王晓明,宋 吉,郑继新
(兰州理工大学 电气工程与信息工程学院,甘肃 兰州 730050)
摘要:为研究机器人的关节动力驱动,通过 MATLAB 建立机器人 Simulink 主程序,并写入控制器子
程序,在仿真环境中调整相应参数,得到机器人的动力学仿真参数,对机器人的正逆动力学进行分
析,直观的显示了每个关节的驱动力矩大小。通过对机器人的计算力矩与反馈力矩的仿真分析,
为进一步精确控制机器人力矩提供参考。仿真实验表明,所设计的动力学参数是正确的,从而达
到了预定的目标。
关键词:机器人;动力学;MATLAB;仿真
中图分类号:TN242.2 文献标识码:A 文章编号:1674-6236(2019)13-0139-04
MATLAB⁃based robot dynamics simulation and control
WANG Xiao⁃ming,SONG Ji,ZHENG Ji⁃xin
(School of Electrical Engineering and Information Engineering,Lanzhou University of Technology,
Lanzhou 730050,China)
Abstract: In order to study the dynamic drive of the robot's joints,the main program of the robot
Simulink was established through MATLAB,and the controller subroutine was written. Corresponding
parameters were adjusted in the simulation environment to obtain the dynamic simulation parameters of
the robot. Through the simulation and analysis of the calculated and feedback moments of the robot,the
reference is provided for further precise control of the robot moments. The simulation results show that the
designed dynamic parameters are correct and achieve the predetermined goal.
Key words: robot;dynamics;MATLAB;simulation
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