基于MATLAB_Simulink的机器人运动学仿真

Delta并联机器人运动学协同仿真技术

作者：董保香

来源：《东方教育》2017年第20期

摘要：Delta机器人是并联机器人中的一种优秀代表。可以成功的在狭小的工作空间进行高速抓取物体，以此做为项目的样机。本文利用NX与Matlab/Simulink协同仿真的方法，在simulink中搭建了Delta机器人的仿真模型，并用该模型协同NX实现了Delta机器人的运动学仿真。

关键词：协同仿真；Matlab/Simulink；NX

1引言

传统的机电产品设计中，机械结构设计和控制系统设计是各自独立的，分别采用功能不同的软件进行设计、调试和试验，最后通过物理样机，进行机械结构和控制系统的联合调试，如果发现问题，需要各自分别修改，然后再进行物理样机的制造和调试，这需要较长的开发周期[1]。

NX是当今世界最先进的CAD/CAM/CAE三维集成化软件之一，为用户提供了一整套集成的、全面的产品开发解决方案，用于产品设计、分析和制造，广泛应用于航空航天、汽车、通用机械和电子等工业领域。Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，它提供了一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境，被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计，是常用的控制系统设计软件之一。

利用NX与Simulink的协同仿真，可以将机械结构与控制系统设计仿真软件有机结合起来，然后对系统进行协同分析，直到获得满意的设计效果，这大大的提高了设计效率，缩短了开发周期，降低了开发产品的成本，获得了优化的系统整体性能。

本文利用NX与Matlab/Simulink协同仿真的方法，设计了Delta机器人的仿真模型，并用该模型实现了Delta机器人的运动学仿真。

2.Delta机器人结构设计

Delta机器人是一种具有3个平动自由度的高速并联机器人，它是由三组完全相同摆动杆机构连接定平台（上正三角形）和动平台（下正三角形）的空间机构，每组摆动杆机构均由驱动杆和从动杆（四个球铰与杆件组成的平行四边形）组成，驱动杆与定平台之间通过转动副连接，从动杆与动平台通过转动副连接。由于结构比较复杂，其位置分析也复杂。Delta机器人模型如图1 所示 3 Delta机器人运动学仿真

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专业知识分享

目录

1 绪论 ................................................................. 1

1.1 题目背景、研究意义 .............................................. 1

1.2 国内外相关研究情况 .............................................. 1

2 自动控制概述 ......................................................... 3

2.1 自动控制概念 .................................................... 3

2.2 自动控制系统的分类 .............................................. 4

2.3 对控制系统的性能要求 ............................................ 5

2.4 典型环节 ........................................................ 6

3 MATLAB仿真软件的应用 ............................................... 10

3.1 MATLAB的基本介绍 ............................................... 10

3.2 MATLAB的仿真 ................................................... 10

matlab 机器人工具箱 动力学参数

作为一款广泛应用于机器人控制领域的软件，MATLAB提供了许多有用的工具，包括机器人工具箱。该工具箱是MATLAB和Simulink中用于机器人建模和控制的一系列函数和工具的集合。在机器人的实时运动控制中，了解并正确设置机器人动力学参数非常重要。因此，本文将用以下步骤来阐述如何设置机器人的动力学参数。

第一步：下载并安装机器人工具箱

在MATLAB中，我们可以使用 add-on 栏或从MathWorks网站上下载机器人工具箱。可从MATLAB的添加功能工具箱中直接下载或导航到网站中下载。将下载的工具箱安装到MATLAB中后，可以开始了解和使用其中的函数。

第二步：选择合适的机器人模型

机器人工具箱提供了许多现有的机器人模型，包括SCARA（选择性遵从装配机器人臂）、PUMA（程序升级管理局，一个六自由度连杆机器人）和Stäubli TX90（六自由度机器人）。对于不同的机器人，动力学参数也是不同的。因此我们需要先选择正确的机器人模型。

第三步：了解机器人动力学参数

了解机器人的动力学参数对于实时控制机器人至关重要。动力学参数通常包括连接杆长度、质量、惯性和摩擦力。这些参数都影响机器人的实时运动，通过具体的物理计算，可以计算机器人的实际运动结果。

第四步：设置机器人的动力学参数

机器人工具箱中提供了函数用于设置机器人模型的动力学参数。例如，在设置机器人模型的惯性张量时，可以使用 `inertia(m,I,c)’

函数。其中，m 是质量，I 是惯性张量矩阵，c 是惯性张量相对于机器人惯性坐标系的中心。

第五步：测试机器人模型

设置完机器人模型的动力学参数后，我们需要对其进行测试以确认参数设置是否正确。可以使用机器人工具箱中的模拟功能模拟机器人的运动或使用机器人模型进行真实操作，如搬运或拧紧物体。

总结：

正确设置机器人模型的动力学参数是机器人实时控制的重要部分。机器人工具箱中提供了许多有用的函数和工具帮助我们完成这一任务。本文依照上述步骤介绍了如何在MATLAB中设置机器人的动力学参数。

洛阳理工学院毕业设计（论文）

I 二自由度机器人角度控制仿真

摘 要

近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。

本次设计主要是对二自由度机器人的位置控制进行设计和仿真，采用了PD控制方法，运用MATLAB语言、Simulink及Robot工具箱，搭建二自由度机器人的几何模型、动力学模型。并构建控制器的模型，通过调整控制器参数，对二自由度机器人的位姿进行控制，并将实验中采集到数据导入到MATLAB环境中进行仿真，达到较好的控制效果。

关键词：PD，运动学，二自由度机器人 洛阳理工学院毕业设计（论文）

II Two degrees of freedom robot Angle control simulation

ABSTRACT

Over the past twenty years, robot technology is developing very rapidly, various

USES of robots in all fields widely. In research and application of robot in our country,

there is still a gap compared with industrialized countries, so the research and design all

kinds of robots, especially industrial robot, the promotion of the use of robots has a

realistic significance.

This design is mainly for two degrees of freedom Robot position control design