二自由度機(jī)器人的位置控制

1、精品文檔實(shí)驗(yàn) 二自由度機(jī)器人的位置控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .運(yùn)用Matlab語(yǔ)言、Simulink及Robot工具箱，搭建二自由度機(jī)器人的幾何 模型、動(dòng)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(duì)二自由度機(jī)器人的位姿進(jìn)行控制，并達(dá)到較好控制效果。二、工具軟件I.Matlab 軟件2.Simulink動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境3 .robot工具箱模型可以和實(shí)際中一樣，有自己的質(zhì)量、質(zhì)心、長(zhǎng)度以及轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)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/to

2、olbox文件夾后，打開matalb軟件，點(diǎn)擊file-set path,在打開的對(duì)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(huì)彈出robot工具箱中的模塊（如下圖）三、實(shí)驗(yàn)原理在本次仿真實(shí)驗(yàn)中，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)二自由度機(jī)器人的控制， 那么首先就要?jiǎng)?chuàng)建二自由度機(jī)器人對(duì)象,yo jlX0二自由度機(jī)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(hào)值單位桿1長(zhǎng)l 10.45m桿2長(zhǎng)l 20.55m桿1重心l c10.091m桿2重心l c20.105m桿1重量m23.90k

3、g桿2重量m24.44kg桿1慣量111.27kg. m2桿2慣量I 20.242kg. m重力加速度G9.8m /sec21 .運(yùn)動(dòng)學(xué)模型構(gòu)建二連桿的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，搭建twolink模型在MATLAB令窗口下用函數(shù)drivebot(WJB)即可觀察到該二連桿的動(dòng)態(tài)位姿圖。件名命名為自己名字的首字母 _twolink % 勾造連桿一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 ;% 勾造連桿二L2=link(0 0.55 0 0 0,'

4、standard');L2.m=4.44 ;L2.r=0.105 0 0;L2.I=0 0 0 0 0 0;L2.Jm=0 ;L2.G=1 ;% (機(jī)器人的名字請(qǐng)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(dòng)力學(xué)部分實(shí)現(xiàn)機(jī)器人內(nèi)部動(dòng)力學(xué)構(gòu)建，根據(jù)拉格朗日法建立機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型 (見書 上P55)即下式：1q M ( G(q) C(q,q)*q)仍然用matlab下M函數(shù)來實(shí)現(xiàn):%文件名命名為自己名字的首字母_di%匚連桿動(dòng)力學(xué)部分function qdd=

5、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=23.9 ; m2=4.44 ;l1=0.45 ; l2=0.55 ;lc1=0.091 ;lc2=0.105 ;I1=1.27 ; I2=0.24 ;M11=m1*lc1A2+m2*(l1A2+lc2A2+2*l1*lc2*cos(q(2)+I1+I2 ;M12=m2*(lc2A2+l1*lc2*cos(q(2)+I2 ;M21=m2*(lc2A2+l1*lc2*cos(q(2)+I2 ;M22=m2*lc2A2+I2 ;M=M11 M12 ;M21 M22;C11=-(

6、m2*l1*lc2*sin(q(2)*qd(2);C12=-m2*l1*lc2*sin(q(2)*(qd(1)+qd(2);C21=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)qdd最后，還需將機(jī)器人動(dòng)力學(xué)和幾何學(xué)聯(lián)系在一起。 通過機(jī)器人學(xué)工具箱中的robot模塊實(shí)現(xiàn)。3 .控制器設(shè)計(jì)(任選一二)(1)簡(jiǎn)單PD控制率，結(jié)

7、構(gòu)圖如下，此種方法沒有加任何補(bǔ)償，存在較大穩(wěn)態(tài)誤 差，但是控制算法非常簡(jiǎn)單。8mt2) ) PD加重力補(bǔ)償帶有重力補(bǔ)償?shù)腜D控制可設(shè)計(jì)成t=Kp(q 期望值-q)-Kd*qd+G(q)重力項(xiàng)3) PD加前饋補(bǔ)償控制加了一個(gè)逆動(dòng)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(shí)驗(yàn)步驟1 .運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 在matlab菜單file下新建一個(gè)M-file ,將機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 添加進(jìn)去（注意更改自己的機(jī)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mat

8、lab命令窗口調(diào)用函數(shù)drivebot （機(jī)器人名字一自己名字首字母的縮 寫，不加twolink ）,出現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)位姿圖，調(diào)節(jié) q1、q2可直觀的看出二自 由度機(jī)器人的位姿在改變。3 .動(dòng)力學(xué)模型在matlab菜單file 下再新建一個(gè)M-file ,將機(jī)器人動(dòng)力學(xué)學(xué)模型添加進(jìn)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(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)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(dòng)態(tài)仿真環(huán)境。5、在Matlab菜單file 下新建一個(gè) model,將r

9、obot工具箱中的robot模塊拖 拽到model文件里，雙擊編輯機(jī)器人屬性，將robot object 改為機(jī)器人的名字 （自己名字首字母的縮寫）（即運(yùn)動(dòng)學(xué)構(gòu)建的機(jī)器人對(duì)象）。再選中robot模塊，右鍵菜6歡在下載精品文檔單找到 look under mask ，點(diǎn)開，可以找到機(jī)器人內(nèi)部動(dòng)力學(xué)模型，將其中的S-Function 替換成 Simulink 下面的 Matlab Function ，雙擊此Matlab Function 彈出對(duì)話框，將其中的函數(shù)改為動(dòng)力學(xué)模型文件名。6. 添加控制器根據(jù)控制器設(shè)計(jì)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(diǎn)及 matrix

10、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(gè)模塊拖拽到model 文件里，可以通過鼠標(biāo)拖住連線。7、動(dòng)態(tài)仿真雙擊綜合點(diǎn)，將其屬性改成有一個(gè)減號(hào)，形成負(fù)反饋；常量constant 給定你期望位姿（注意是二自由度機(jī)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(diǎn)擊一個(gè)箭頭（start simulation ）或者在菜單欄點(diǎn)擊 Simulation ，在下拉菜單中選擇start simulation ，即可開始仿真，此時(shí)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(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)器人的位姿，抓出機(jī)器人的