機器人控制實驗Word版

1、實驗 二自由度機器人的位置控制一、實驗?zāi)康?. 運用Matlab語言、Simulink及Robot工具箱，搭建二自由度機器人的幾何模型、動力學(xué)模型，2. 構(gòu)建控制器的模型，通過調(diào)整控制器參數(shù)，對二自由度機器人的位姿進行控制，并達到較好控制效果。二、工具軟件1.Matlab軟件2.Simulink動態(tài)仿真環(huán)境3.robot工具箱模型可以和實際中一樣，有自己的質(zhì)量、質(zhì)心、長度以及轉(zhuǎn)動慣量等，但需要注意的是它所描述的模型是理想的模型，即質(zhì)量均勻。這個工具箱還支持Simulink的功能，因此，可以根據(jù)需要建立流程圖，這樣就可以使仿真比較明了。把robot 工具箱拷貝到MATLAB/toolbox文件夾

2、后，打開matalb軟件，點擊file-set path，在打開的對話框中選add with subfolders，選中添加MATLAB/toolbox/robot，保存。這是在matlab命令窗口鍵入roblocks就會彈出robot 工具箱中的模塊（如下圖）。三、實驗原理在本次仿真實驗中，主要任務(wù)是實現(xiàn)對二自由度機器人的控制，那么首先就要創(chuàng)建二自由度機器人對象，2 / 9二自由度機器人坐標(biāo)配置仿真參數(shù)如下表1： 表1 二連桿參數(shù)配置意義符號值單位桿1長l10.45m桿2長l20.55m桿1重心lc10.091m桿2重心lc20.105m桿1重量m123.90kg桿2重量m24.44kg桿1

3、慣量I11.27kg. m2桿2慣量I20.24kg. m2重力加速度G9.8m /sec21.運動學(xué)模型 構(gòu)建二連桿的運動學(xué)模型，搭建twolink模型在MATLAB命令窗口下用函數(shù)drivebot(WJB)即可觀察到該二連桿的動態(tài)位姿圖。%文件名命名為自己名字的首字母_twolink%構(gòu)造連桿一L1=link(0 0.45 0 0 0,standard) ;L1.m=23.9 ;L1.r=0.091 0 0 ;L1.I=0 0 0 0 0 0 ;L1.Jm=0 ;L1.G=1 ;%構(gòu)造連桿二L2=link(0 0.55 0 0 0,standard) ;L2.m=4.44 ;L2.r=0.

4、105 0 0 ;L2.I=0 0 0 0 0 0 ;L2.Jm=0 ;L2.G=1 ;%（機器人的名字請用自己名字的首字母如）WJB=robot(L) ;WJB.name=WJB_twolink ; %設(shè)定二連桿名字qz=0 0 ;qr=0 pi/2 ;2.二連桿動力學(xué)部分實現(xiàn)機器人內(nèi)部動力學(xué)構(gòu)建，根據(jù)拉格朗日法建立機器人動力學(xué)模型（見書上P55）即下式 ： 仍然用matlab下M函數(shù)來實現(xiàn)：%文件名命名為自己名字的首字母_dl%二連桿動力學(xué)部分function qdd=WJB_dl(u) %自己名字的首字母q=u(1:2); qd=u(3:4); tau=u(5:6);g=9.8;m1=2

5、3.9 ; m2=4.44 ;l1=0.45 ; l2=0.55 ;lc1=0.091 ;lc2=0.105 ;I1=1.27 ; I2=0.24 ;M11=m1*lc12+m2*(l12+lc22+2*l1*lc2*cos(q(2)+I1+I2 ;M12=m2*(lc22+l1*lc2*cos(q(2)+I2 ;M21=m2*(lc22+l1*lc2*cos(q(2)+I2 ;M22=m2*lc22+I2 ;M=M11 M12 ;M21 M22 ;C11=-(m2*l1*lc2*sin(q(2)*qd(2) ;C12=-m2*l1*lc2*sin(q(2)*(qd(1)+qd(2) ;C21

6、=m2*l1*lc2*sin(q(2)*qd(1);C22=0 ;C=C11 C12 ;C21 C22 ;G1=(m1*lc1+m2*l1)*g*sin(q(1)+m2*lc2*g*sin(q(1)+q(2) ;G2=m2*lc2*g*sin(q(1)+q(2) ;G=G1 ;G2 ;qdd=inv(M)*(tau-G-C*qd)最后，還需將機器人動力學(xué)和幾何學(xué)聯(lián)系在一起。通過機器人學(xué)工具箱中的robot模塊實現(xiàn)。3控制器設(shè)計（任選一二）（1）簡單PD控制率，結(jié)構(gòu)圖如下，此種方法沒有加任何補償，存在較大穩(wěn)態(tài)誤差，但是控制算法非常簡單。（2）PD加重力補償 帶有重力補償?shù)腜D控制可設(shè)計成 t=K

7、p(q期望值-q)-Kd*qd+G(q)重力項 3. PD加前饋補償控制加了一個逆動力學(xué)模塊 t=Kp(q期望值-q)+Kd*(q期望值一階導(dǎo)-q一階導(dǎo))+M（q）*q二階導(dǎo)+C*q一階導(dǎo)+G（q）四、實驗步驟1運動學(xué)模型 在matlab菜單file下新建一個M-file，將機器人運動學(xué)模型添加進去（注意更改自己的機器人命名,自己名字的首字母縮寫_twolink），并將此M-file命名后保存在work文件夾下，備用。2在matlab命令窗口調(diào)用函數(shù)drivebot（機器人名字自己名字首字母的縮寫，不加twolink），出現(xiàn)機器人的動態(tài)位姿圖，調(diào)節(jié)q1、q2可直觀的看出二自由度機器人的位姿在改

8、變。3動力學(xué)模型 在matlab菜單file下再新建一個M-file，將機器人動力學(xué)學(xué)模型添加進去，并將此M-file命名后（自己名字首字母_mdl）保存在work文件夾下，備用。4，將機器人運動學(xué)模型和動力學(xué)模型聯(lián)系起來在matlab命令窗口輸入命令roblocks調(diào)出robot工具箱，再輸入simulink調(diào)出SImulink動態(tài)仿真環(huán)境。5、在Matlab菜單file下新建一個model，將robot工具箱中的robot模塊拖拽到model文件里，雙擊編輯機器人屬性，將robot object改為機器人的名字（自己名字首字母的縮寫）（即運動學(xué)構(gòu)建的機器人對象）。再選中robot模塊，右鍵

9、菜單找到look under mask，點開，可以找到機器人內(nèi)部動力學(xué)模型，將其中的S-Function替換成Simulink下面的MatlabFunction，雙擊此MatlabFunction彈出對話框，將其中的函數(shù)改為動力學(xué)模型文件名。6.添加控制器 根據(jù)控制器設(shè)計的方案，在Simulink下找出構(gòu)成控制系統(tǒng)的其他模塊，其中綜合點及matrix gain 在math operations里；示波器scope和終止端terminator在輸出池sinks里；常量constant在輸入模塊sources里； 將各個模塊拖拽到model文件里，可以通過鼠標(biāo)拖住連線。7、動態(tài)仿真 雙擊綜合點，將其屬性改成有一個減號，形成負反饋；常量constant給定你期望位姿（注意是二自由度機器人，需輸入2*！的矩陣），初步給定KP、KD參數(shù)（2*2的矩陣）。在model文件菜單欄下面，點擊一個箭頭（start simulation）或者在菜單欄點擊Simulation ，在下拉菜單中選擇start simulation，即可開始仿真，此時雙擊打開scope即可得到響應(yīng)曲線。調(diào)整不同的Kp、KD即可得到不同的響應(yīng)曲線，不同的控制效果。五、實驗報告要求1、手動調(diào)節(jié)機器人的位姿，