二自由度机器人的位置控制

1、精品文档实验 二自由度机器人的位置控制一、实验目的1 .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，2 .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，并达到较好控制效果。二、工具软件I.Matlab 软件2.Simulink动态仿真环境3 .robot工具箱模型可以和实际中一样，有自己的质量、质心、长度以及转动惯量等，但需要注意的 是它所描述的模型是理想的模型，即质量均匀。这个工具箱还支持Simulink的功能，因此，可以根据需要建立流程图，这样就可以使仿真比较明了。把robot工具箱拷贝到 MATLAB/to

2、olbox文件夹后，打开matalb软件，点击file-set path,在打开的对话框中选 add with subfolders ,选中添加 MATLAB/toolbox/robot , 保存。这是在matlab命令窗口键入roblocks就会弹出robot工具箱中的模块（如下图）三、实验原理在本次仿真实验中，主要任务是实现对二自由度机器人的控制， 那么首先就要创建二自由度机器人对象,yo jlX0二自由度机器人坐标配置仿真参数如下表1：表1二连杆参数配置意义符号值单位杆1长l 10.45m杆2长l 20.55m杆1重心l c10.091m杆2重心l c20.105m杆1重量m23.90k

3、g杆2重量m24.44kg杆1惯量111.27kg. m2杆2惯量I 20.242kg. m重力加速度G9.8m /sec21 .运动学模型构建二连杆的运动学模型，搭建twolink模型在MATLAB令窗口下用函数drivebot(WJB)即可观察到该二连杆的动态位姿图。件名命名为自己名字的首字母 _twolink % 勾造连杆一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 ;% 勾造连杆二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 ;% (机器人的名字请用自己名字的首字母如)WJB=robot(L);WJB.name='WJB_twolink' ; %设定二连杆名字qz=0 0;qr=0 pi/2;2 .二连杆动力学部分实现机器人内部动力学构建，根据拉格朗日法建立机器人动力学模型 (见书 上P55)即下式：1q M ( G(q) C(q,q)*q)仍然用matlab下M函数来实现:%文件名命名为自己名字的首字母_di%匚连杆动力学部分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，还需将机器人动力学和几何学联系在一起。 通过机器人学工具箱中的robot模块实现。3 .控制器设计(任选一二)(1)简单PD控制率，结

7、构图如下，此种方法没有加任何补偿，存在较大稳态误 差，但是控制算法非常简单。8mt2) ) PD加重力补偿带有重力补偿的PD控制可设计成t=Kp(q 期望值-q)-Kd*qd+G(q)重力项3) PD加前馈补偿控制加了一个逆动力学模块t=Kp(q 期望值-q)+Kd*(q期望值一阶导-q 一阶导)+M (q) *q二阶导+C*q 一阶导+G (q)四、实验步骤1 .运动学模型 在matlab菜单file下新建一个M-file ,将机器人运动学模型 添加进去（注意更改自己的机器人命名,自己名字的首字母缩写_twolink ）,并将 此M-file命名后保存在work文件夹下，备用。2 .在mat

8、lab命令窗口调用函数drivebot （机器人名字一自己名字首字母的缩 写，不加twolink ）,出现机器人的动态位姿图，调节 q1、q2可直观的看出二自 由度机器人的位姿在改变。3 .动力学模型在matlab菜单file 下再新建一个M-file ,将机器人动力学学模型添加进去，并将此 M-file 命名后（自己名字首字母_mdl）保存在work 文件夹下，备用。4,将机器人运动学模型和动力学模型联系起来在matlab命令窗口输入命令roblocks调出robot工具箱，再输入simulink 调出SImulink动态仿真环境。5、在Matlab菜单file 下新建一个 model,将r

9、obot工具箱中的robot模块拖 拽到model文件里，双击编辑机器人属性，将robot object 改为机器人的名字 （自己名字首字母的缩写）（即运动学构建的机器人对象）。再选中robot模块，右键菜6欢在下载精品文档单找到 look under mask ，点开，可以找到机器人内部动力学模型，将其中的S-Function 替换成 Simulink 下面的 Matlab Function ，双击此Matlab Function 弹出对话框，将其中的函数改为动力学模型文件名。6. 添加控制器根据控制器设计的方案，在Simulink 下找出构成控制系统的其他模块，其中综合点及 matrix

10、gain 在 math operations 里；示波器 scope和终止端 terminator 在输出池sinks 里；常量constant 在输入模块sources 里；将各个模块拖拽到model 文件里，可以通过鼠标拖住连线。7、动态仿真双击综合点，将其属性改成有一个减号，形成负反馈；常量constant 给定你期望位姿（注意是二自由度机器人，需输入2*！的矩阵），初步给定KP、 KD参数（ 2*2 的矩阵） 。在 model 文件菜单栏下面，点击一个箭头（start simulation ）或者在菜单栏点击 Simulation ，在下拉菜单中选择start simulation ，即可开始仿真，此时双击打开scope即可得到响应曲线。调整不同的 Kp> KD即可得到不同的响应曲线，不同的控制效果。五、实验报告要求1、手动调节机器人的位姿，抓出机器人的