robotics toolbox for matlab的机器人仿真.doc

Robotics Toolbox for MATLAB 是一个强大的工具，用于在MATLAB环境中进行机器人建模、仿真和控制。这个工具箱提供了丰富的函数和类，使得用户能够方便地处理与机器人相关的数学、运动学、动力学等问题。以下将详细讨论如何使用Robotics Toolbox来仿真PUMA560机器人。 我们需要了解PUMA560的Denavit-Hartenberg (D-H)参数。D-H参数是描述机器人关节和链接之间相对位置和方向的一组常数，是构建机器人运动模型的基础。PUMA560的D-H参数包括扭转角α、杆件长度A、关节角θ和横距D。通过这些参数，我们可以使用`link`函数创建单个链接对象，该函数有多个调用形式，允许设置不同的参数和选项，如关节类型（旋转或移动）、坐标系约定（标准或修改）以及关节变量偏移等。 `link`函数创建的链接对象包含多个数据域，例如`LINK.alpha`、`LINK.A`、`LINK.theta`、`LINK.D`、`LINK.sigma`等，这些数据域分别对应D-H参数。此外，还有其他数据域如`LINK.RP`（关节类型）、`LINK.mdh`（D-H参数类型标志）、`LINK.offset`（关节变量偏移）等，这些都用于描述链接的特性。 接下来，使用`robot`函数可以创建机器人对象。`robot`函数的多种调用形式允许用户根据D-H参数矩阵、链接对象或者动力学参数来创建机器人模型。例如，`ROBOT(LINK, ...)`会使用给定的链接对象创建一个新的机器人对象，而`ROBOT(DH, ...)`则基于D-H参数矩阵进行创建。机器人对象包含了所有链接的集合，并且提供了计算笛卡尔空间和关节空间运动学、动力学特性的方法。 在仿真过程中，我们经常需要进行平移和旋转变换。Robotics Toolbox提供了`transl`、`rotx`、`roty`和`rotz`函数来生成对应的齐次变换矩阵。例如，`transl(0.5,0,0)`将创建一个表示沿X轴平移0.5米的变换矩阵。这些变换矩阵可以组合起来，形成复杂的机器人运动路径。 在进行机器人仿真时，除了几何和运动学模型，还需要考虑机器人的动力学特性，如惯性、质量分布、摩擦力等。Robotics Toolbox通过`I`、`m`、`r`、`G`、`Jm`、`B`和`Tc`等数据域提供了这些信息，使得用户能够模拟更真实的机器人行为。例如，`LINK.I`返回关节的惯性矩阵，`LINK.m`返回关节的质量，`LINK.B`返回粘性摩擦系数，这些参数对于进行动态仿真至关重要。 Robotics Toolbox for MATLAB提供了一个全面的框架，用于处理机器人的建模、运动学、动力学分析和控制。通过理解D-H参数、链接对象、机器人对象的构造，以及平移和旋转变换，用户可以在MATLAB环境中高效地进行机器人仿真工作。此外，结合实际的控制策略和算法，可以进一步实现对机器人系统的高级功能，如路径规划、轨迹跟踪和控制优化。