机器人的动力学控制

机器人的动力学控制 The dynamics of robot control 自 123 班 庞悦 3120411054 0 机器人的动力学控制 摘要摘要 机器人动力学是对机器人机构的力和运动之间关系与平衡进行研究的学 科 机器人动力学是复杂的动力学系统 对处理物体的动态响应取决于机器人 动力学模型和控制算法 机器人动力学主要研究动力学正问题和动力学逆问题 两个方面 需要采用严密的系统方法来分析机器人动力学特性 本文使用 MATLAB 来对两关节机器人模型进行仿真 进而对两关节机器人进行轨迹规划 来举例说明独立 PD 控制在机器人动力学控制中的重要作用 Abstract for the robot dynamics is to study the relation between the force and movement and balance of the subject Robot dynamics is a complex dynamic system on the dynamic response of the processing object depending on the robot dynamics model and control algorithm Kinetics of robot research dynamics problem and inverse problem of two aspects the need to adopt strict system method for the analysis of robot dynamics This article USES MATLAB to simulate two joints the robot in turn the two joints the robot trajectory planning to illustrate the independent PD control plays an important part in robot dynamic control 一一 动力学概念动力学概念 机器人的动力学主要是研究动力学正问题和动力学逆问题两个方面 再进 一步研究机器人的关节力矩 使机器人的机械臂运动到指定位置 其控制算法 一共有三种 独立 PD 控制 前馈控制和计算力矩控制 本文主要介绍独立 PD 控制 1 动力学方程 qGqFqqqCqqM 二二 独立 控制介绍独立 控制介绍 独立控制指的是把机器人每个关节看成是一个独立的控制系统来准确地跟 随关节角度轨迹 独立 控制系统结构图 独立 PD 控制公式 eKeK dp qqe qq e 其基本思想是 通过实际位置和期望位置的差与实际速度和期望速度的差 分别乘以比例增益和微分增益 得到机器人此刻的关节力矩 以控制机器人下 一步的运动 三三 轨迹规划总体设计轨迹规划总体设计 下面将调用机器人工具箱里的模块库 再调用轨迹规划 jtraj 函数 来对两 关节机器人进行轨迹规划 轨迹规划 MATLAB 仿真图使用动力学控制算法中 的独立 PD 控制模块 来达到对机器人各个关节控制的目的 在模块里面可设 置关节起始角度 终止角度以及轨迹规划的时间 通过三个参数的设置可完成 轨迹规划并且另外通过 jtraj 函数以及 plot 函数给定机器人的运动轨迹 并且 2 输出显示具体的轨迹波形 可与系统输出的波形进行对比 来看机器人是否按 照给定的轨迹在运行 轨迹规划 仿真图 上图是调用机器人工具箱里的 demo3 进行 MATLAB 仿真 然后改变 demo3 内部参数使其成为两关节机器人 在 MATLAB 里写入规划的轨迹程序 可以得到如下图所示的运行结果 给定轨迹程序 t 0 0 1 10 q q d q dd jtraj pi 6 5 pi 12 t figure 1 plot t q q d q dd xlabel Time s ylabel trajectory legend position velocity acceleration 3 轨迹规划运行结果图 012345678910 0 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 1 4 Time s trajectory position velocity acceleration 用轨迹规划公式计算其各个参数编写程序得到其系统运行结果图 轨迹规划参数计算公式 0 0 0 0 f t f 0 f t t 0 a 1 at 2 a 2 t 3 a 3 t 0 0 a 0 1 a 2 a 2 3 f t f 0 3 a 3 2 f t f 0 4 机器人手臂实际运动轨迹程序 t simout 1 q1 simout 2 q1 d simout 4 figure 1 plot t q1 q1 d xlabel Time s ylabel trajectory legend position velocity q2 simout 3 q2 d simout 5 figure 2 plot t q2 q2 d xlabel Time s ylabel trajectory legend position velocity Grid 5 机器人第一个关节运行结果图 012345678910 0 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 Time s trajectory position velocity 机器人第二个关节运行结果图 012345678910 0 2 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 1 2 1 4 1 6 Time s trajectory position velocity 四四 总结总结 通过本次机器人动力学的研究 使我进一步的了解到机器人动力学的控制 算法 也了解到机器人动力学是对机器人机构的力和运动之间关系与平衡进行 研究的学科 自己也查阅了相关的很多资料 对机器人学有了一个更全面的认 识 也发现了自己的很多不足的方面 例如 对 不能熟练地应用 6 所以在今后的学习中要尽力弥补加强 附页说明 附页说明 由于我生病请假导致缺课 所以学习进度一直跟不上老 师 以至于做的这次作业质量较差 还