MATLAB实现平面并联机械手逆运动学研究与应用

资源摘要信息:"在本项目中，我们将探讨一个使用MATLAB编写的素描代码，该代码旨在解决平面并联机械手的逆运动学问题。逆运动学是机器人学中的一个重要领域，它涉及到根据所期望的末端执行器位置和姿态，计算出实现这一目标所需关节的运动情况。项目源自一个机器人课程的学生项目，主要目的是通过实际操作加深对平面并联机械手逆运动学的理解。 在项目中，使用了BMS-620 MG伺服器作为关节致动器，而控制伺服器则依赖于Arduino Uno平台。MATLAB软件用于执行逆运动学算法，并通过串行端口与Arduino控制器进行通信。逆运动学算法采用了Williams和Shelley提出的正弦余弦方法，该方法在他们的研究论文“平面并联机械手的逆运动学”中有详细介绍。 此外，项目还包括了一个模拟器，这是一个针对3自由度（3-DOF）RR平面并联操纵器的模拟工具，对设计和测试逆运动学解决方案非常有用。代码已经开源，可以在指定的储存库中找到，文件名称为RRR-Planar-Parallel-Manipulator-master，体现了开源共享的精神。 从技术层面来看，本项目展示了如何将MATLAB与Arduino这两个不同领域的工具结合起来，共同解决工程问题。MATLAB强大的计算和仿真能力与Arduino的硬件控制能力相结合，使得在学习和研究领域可以创建出实际应用价值高的系统。" 知识点详细说明： 1. 平面并联机械手：这是一种机器人机构，其特点是多个机械臂通过连杆以并联的方式连接到一个共同的末端执行器（如夹具或工具）。在平面并联机械手中，所有的机械臂和连杆都位于同一个平面内，这与串联机械手相比，提供了一些优势，例如更好的稳定性和更高的负载能力。 2. 逆运动学：逆运动学问题涉及根据末端执行器的位置和姿态，来确定机械手臂的关节角度。这与正运动学相对，正运动学是已知关节角度，计算末端执行器位置的过程。逆运动学在机器人路径规划和控制中至关重要。 3. MATLAB软件：MATLAB是一种高阶编程语言，广泛应用于数值计算、数据分析、算法开发和仿真等领域。在本项目中，MATLAB被用来编写和测试逆运动学算法。 4. Arduino Uno：Arduino Uno是一个基于简单I/O的开源电子原型平台，含有数字和模拟输入输出引脚，可以连接到各种传感器和执行器。在此项目中，Arduino Uno被用来控制伺服电机。 5. 伺服电机：伺服电机（伺服器）是一种精确控制旋转位置的电机，广泛应用于需要精确控制的场合。在此项目中，BMS-620 MG伺服器用作平面并联机械手的关节致动器。 6. 正弦余弦方法：在解决逆运动学问题时，经常需要使用三角函数来表达关节角度与末端执行器位置之间的关系。正弦余弦方法是一种通过三角函数来解决机器人逆运动学的数学方法。 7. 串行通信：MATLAB与Arduino之间的通信是通过串行端口实现的，MATLAB通过串行端口发送控制信号给Arduino Uno，后者根据接收到的信号控制伺服电机。 8. 开源代码：该项目的代码是开源的，意味着任何人都可以查看、修改和重新分发代码，这有助于教育、研究和创新。 9. 3自由度机械手：3自由度意味着末端执行器可以在三维空间中有三个独立的运动方向。在本项目中，模拟器针对的是具有3自由度的RR平面并联机械手。 10. 系统模拟：模拟器提供了一个虚拟环境，可以用来测试和验证机械手的运动学算法，而不必在实际物理系统上进行。这可以节省时间和成本，同时减少对物理设备的潜在损害。 通过该项目，学习者可以深入理解平面并联机械手的工作原理，并掌握利用MATLAB和Arduino进行机械手逆运动学分析与控制的实践技能。此外，该项目还表明了开源文化在促进创新和学习方面的价值。