MATLAB机器人可视化运动仿真.pdf
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MATLAB机器⼈可视化运动仿真 MATLAB机器⼈可视化运动仿真 摘要: 本⽂在前⽂中提到的⽅法基础上,对导⼊Matlab环境中的机器⼈模型进⾏可视化运动仿真,主要运⽤MATLAB App Designer进⾏操作界 ⾯的简单设计,实现对机器⼈基于关节运动和TCP运动的⼿动操作可视化运动仿真。 ⼀ MATLAB App Designer ⼆ 关节运动 主要思想是:利⽤滚动滑条(或键盘输⼊)设置各关节值,然后⽤ show(app.robot,app.q); 不断刷新画⾯,起到运动仿真的效果。并且通过机 器⼈正运动学实时刷新TCP坐标并显⽰。部分代码⽚段如下: %画⾯刷新函数 function fShowRobot(app) app.q=[app.q1 app.q2 app.q3 app.q4 app.q5 app.q6]; show(app.robot,app.q); axis([-2,2,-2,2,-3,1]); fCurrentTcpPosition(app); end %当前TCP坐标值显⽰ function fCurrentTcpPosition(app) Current_T=app.robot.getTransform(app.q,'Link6'); %正运动学 app.XEditField.Value=Current_T(1,4); app.YEditField.Value=Current_T(2,4); app.ZEditField.Value=Current_T(3,4); R=tform2eul(Current_T, 'ZYX'); app.PXEditField.Value=R(1); app.PYEditField.Value=R(2); app.PZEditField.Value=R(3); app.XSpinner.Value=app.XEditField.Value; app.YSpinner.Value=app.YEditField.Value; app.ZSpinner.Value=app.ZEditField.Value; app.PXSpinner.Value=app.PXEditField.Value; app.PYSpinner.Value=app.PYEditField.Value; app.PZSpinner.Value=app.PZEditField.Value; end 可视化仿真效果 三 TCP运动 主要思想是通过⼿动输⼊(或微调)TCP位姿坐标【包含位置坐标(x,y,z)和Roll-Pitch-Yaw ⾓度】,然后通过机器⼈逆运动学逆解求出 关节坐标,最后如⼆中⼀样不断刷新机器⼈显⽰画⾯以达到可视化运动仿真的效果。部分代码段如下: %逆运动学 function fIK(app) if (app.XSpinner.Value<3 && app.XSpinner.Value>-3) &&... (app.YSpinner.Value<3 && app.YSpinner.Value>-3) &&... (app.ZSpinner.Value<3 && app.ZSpinner.Value>-3) app.TargetPos(1,4)=app.XSpinner.Value; app.TargetPos(2,4)=app.YSpinner.Value; app.TargetPos(3,4)=app.ZSpinner.Value; end rr=eul2tform([app.PXSpinner.Value app.PYSpinner.Value app.PZSpinner.Value],'ZYX'); app.TargetPos(1:3,1:3)=rr(1:3,1:3); ik = robotics.InverseKinematics('RigidBodyTree', app.robot);%新建逆解器 [app.q,app.info]=ik('Link6',app.TargetPos,ones(1,6),app.robot.homeConfiguration);%ones(1,6)代表各关节误差,robot.homeConfiguration代表迭代初始 值 end % Button pushed function: SendPositionButton function SendPositionButtonPushed(app, event) fIK(app); app.q1=app.q(1); app.q1ValEditField.Value=app.q(1)/pi*360; app.J1Slider.Value=app.q(1)/pi*360; app.q2=app.q(2); MATLAB是一款强大的数学计算软件,而在机器人领域,它也常被用来进行机器人运动的仿真。本文将探讨如何在MATLAB环境中,特别是在MATLAB App Designer工具的帮助下,实现机器人的可视化运动仿真。 一、MATLAB App Designer MATLAB App Designer是MATLAB提供的一种用于创建交互式应用程序的界面设计工具。在机器人运动仿真的上下文中,App Designer可以用来设计用户界面,让用户能直观地控制和观察机器人运动。通过拖放控件如滚动条、输入框等,可以构建一个图形用户界面,使得用户可以通过输入关节角度或TCP坐标来模拟机器人的运动。 二、关节运动仿真 关节运动是指通过改变机器人各个关节的角度来控制其运动。在MATLAB中,这通常涉及正运动学的计算。正运动学是从关节变量到末端执行器(TCP)位置的映射。在给定的代码中,`fShowRobot`函数用于更新关节值,并用`show(app.robot,app.q)`显示机器人模型的新姿态。同时,`fCurrentTcpPosition`函数利用`getTransform`方法获取TCP的当前位置,然后更新UI界面以显示TCP坐标。 三、TCP运动仿真 TCP运动仿真则是通过手动输入TCP的位置和方向(通常表示为Roll-Pitch-Yaw角度)来模拟机器人运动。逆运动学是这里的关键,它从TCP的目标位置反向计算所需的关节角度。在代码的`fIK`函数中,首先检查TCP坐标是否在允许范围内,然后使用`eul2tform`转换Roll-Pitch-Yaw角到旋转矩阵,并结合`InverseKinematics`函数求解逆运动学。这会得到一组关节角度,应用到机器人模型上,更新显示。 四、可视化效果 通过上述关节运动和TCP运动的控制,用户可以直观地看到机器人在3D空间中的动态变化。这种可视化对于理解和调试机器人的运动控制策略至关重要。在App Designer中,用户界面的实时更新提供了即时反馈,有助于快速调整和优化机器人的运动行为。 总结起来,MATLAB及其App Designer为机器人可视化运动仿真提供了一个高效且直观的平台。通过结合正运动学和逆运动学的计算,以及用户友好的界面设计,工程师和研究人员能够方便地探索和测试机器人在各种任务中的运动规划。这不仅简化了复杂机器人系统的理解,也为实际应用场景中的机器人控制策略开发奠定了基础。
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