基于MATLAB SimMechanics的工业机器人动力学仿真与控制研究文献综述

 2022-10-28 14:50:53
  1. 文献综述(或调研报告):

摘要:对多篇基于MATLAB的机器人仿真的文献进行了阅读,通过这些文献对MATLAB的SimMechanics进行了基本的了解与学习,并对SolidWorks建立机器人实体模型进行了学习,对一些机器人的动力学模型进行了学习,为自己的设计打下一个基础。

关键词:MATLAB、SimMechanics、SolidWorks、机器人动力学、仿真

正文:

通过对文献的阅读和学习,基本了解完成设计的主要步骤是需要通过SolidWorks建立机器人的实体模型,然后导入到MATLAB中,在仿真环境下调整相应参数,得到机器人的动力学模型,再利用Simulink添加相应的模块,建立完整的仿真模型,通过两者的结合进行机器人动力学仿真分析。参考的文献中,所涉及到的机器人有二自由度的机械臂,四自由度的码垛机器人,六自由度的机械臂、六自由度平台和机器人等等,可见工业机器人的使用范围之广,前景之大。

通过文献,了解到实现SolidWorks与MATLAB的联合仿真,需要先在MATLAB中安装SolidWorks插件,然后在SolidWorks里建立三维模型,构建完成后需保存为.xml格式文件。之后向MATLAB中导入SolidWorks文三维模型,即可对工业机器人的实体模型进行控制、仿真分析等。

这里主要对其中两个例子进行讲解。首先是六自由度机械臂的例子。在文献中,首先,由于是对机械臂进行研究,所以仿真手臂,列出了各关节单独动作的运动范围。再将其各个坐标系列出,画出机械臂的坐标系图。

然后根据机械臂实体模型的比例,建立相应的六自由度机械臂的D-H参数,如表1所示。

序号

/(°)

0-1

0

0

90

1-2

90°

0

0

90

2-3

0

0

-90

3-4

0

0

90

4-5

90°

90

5-6

0

0

0

表1六自由度机械臂的D-H参数

根据表1,利用SimMechanics中的模块,文献中建立了模拟人体手臂的机械模型。然后进行参数的调整以及仿真。

从文献中的仿真结果以及结果分析可以看出,仿真模型输出轨迹与预定轨迹基本重合,但仿真结果的轨迹曲线比较粗,运行过程中出现了忽快忽慢的情况,控制不稳定。这可能是由于机械臂的结构设计方面较为粗糙,或加工过程要求的精度不高。可以考虑对机械臂控制加上PID控制。这也说明,对机器人动力学模型进行仿真时我们需要加入PID控制。

文献中还有一篇是对PUMA560这款工业机器人惯量前馈技术仿真的研究,具有很大参考价值。整体流程和本课题类似,很值得学习。该文献中,通过查阅PUMA560各元件参数,计算出其各个杆件的惯性张量,再与旋转矩阵结合,可求得各杆件质心处的力与力矩。并且运用SimMechanics模块对m文件进行调用,通过m文件编写机器人动力学程序,最终实现机器人关节驱动力与力矩惯量匹配的实时输出。从这篇文献中可以比较深度的学习到如何构建机器人的实体模型,以及通过Simulink添加相应的控制模块、驱动模块等。仿真结果是将普通伺服控制系统机器人仿真结果与前馈-反馈复合控制系统机器人仿真结果进行对比,加入了惯量前馈控制技术的机器人控制系统关节变化曲线与理想曲线更加贴近,说明加入了惯量前馈控制技术的机器人系统使得机器人在运行过程中有更高的控制精度,可以更好的控制机器人各个杆件完成预定的轨迹规划,达到提高跟踪精度的目的。同时,加入了前馈控制的机器人运行效率更高,减少了机器人运动过程中的抖动,并且更加节约资源。这对于我设计基于动力学模型的前馈控制有很大的帮助。

通过阅读这些文献,对于这次设计的基本的内容以及一些工具、方法等有了更深入的了解,对于完成毕业设计有很大的帮助。

参考文献:

[1] Craig J J. 机器人学导论[M]. China Machine Press, 2005.

[2] 黄晓敏. 基于 Matlab 的六自由度平台研究[D]. 华南理工大学, 2013.

[3] 覃海强, 熊庆宇, 石欣, 等. 基于 Matlab 机械臂力控系统仿真研究[J]. 计算机工程与应用, 2014 (12): 242-246.

[4] 周二振, 王钰. 基于 SimMechanics 的六自由度机械臂轨迹规划研究[J]. 青岛大学学报: 工程技术版, 2014, 29(4): 18-22.

[5] 褚金钱, 徐方. 基于 Solidworks 与 Matlab 的码垛机器人动力学仿真[J]. 组合机床与自动化加工技术, 2013 (9): 28-31.

[6] 田永利, 邹慧君, 郭为忠, 等. 基于 Matlab-Sim Mechanics 的机电产品组成建模与仿真技术研究[J]. 机械设计与研究, 2003, 19(5): 10-12.

[7] Udai A D, Rajeevlochana C G, Saha S K. Dynamic Simulation of a KUKA KR5 Industrial Robot using MATLAB SimMechanics[J].

[8] 李劲松. 基于 PUMA560 工业机器人惯量前馈技术仿真研究[D]. 天津理工大学, 2015.

  1. 文献综述(或调研报告):

摘要:对多篇基于MATLAB的机器人仿真的文献进行了阅读,通过这些文献对MATLAB的SimMechanics进行了基本的了解与学习,并对SolidWorks建立机器人实体模型进行了学习,对一些机器人的动力学模型进行了学习,为自己的设计打下一个基础。

关键词:MATLAB、SimMechanics、SolidWorks、机器人动力学、仿真

正文:

通过对文献的阅读和学习,基本了解完成设计的主要步骤是需要通过SolidWorks建立机器人的实体模型,然后导入到MATLAB中,在仿真环境下调整相应参数,得到机器人的动力学模型,再利用Simulink添加相应的模块,建立完整的仿真模型,通过两者的结合进行机器人动力学仿真分析。参考的文献中,所涉及到的机器人有二自由度的机械臂,四自由度的码垛机器人,六自由度的机械臂、六自由度平台和机器人等等,可见工业机器人的使用范围之广,前景之大。

通过文献,了解到实现SolidWorks与MATLAB的联合仿真,需要先在MATLAB中安装SolidWorks插件,然后在SolidWorks里建立三维模型,构建完成后需保存为.xml格式文件。之后向MATLAB中导入SolidWorks文三维模型,即可对工业机器人的实体模型进行控制、仿真分析等。

这里主要对其中两个例子进行讲解。首先是六自由度机械臂的例子。在文献中,首先,由于是对机械臂进行研究,所以仿真手臂,列出了各关节单独动作的运动范围。再将其各个坐标系列出,画出机械臂的坐标系图。

然后根据机械臂实体模型的比例,建立相应的六自由度机械臂的D-H参数,如表1所示。

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