搜索引擎网站排名优化方案,购物类网站模板,东莞技术支持网站建设专家,动漫网站设计模板1、rvctools下载安装
rvctools下载地址#xff1a;rvctools下载 截图如下#xff0c;点击红色箭头指示的“Download Shared Folder” 即可下载 下载之后进行解压#xff0c;解压到D:\MATLAB\toolbox这个工具箱目录#xff0c;这个安装路径根据自己的情况来选择#xff0c…1、rvctools下载安装
rvctools下载地址rvctools下载 截图如下点击红色箭头指示的“Download Shared Folder” 即可下载 下载之后进行解压解压到D:\MATLAB\toolbox这个工具箱目录这个安装路径根据自己的情况来选择没有安装MATLAB感兴趣的可以查阅MatLab的下载、安装与使用(亲测有效)
然后我们打开MATLAB打开上面解压的这个机器人工具箱双击startup_rvc.m点击运行如下图 这样就愉快的安装好了这个机器人工具箱了其中startup_rvc.m的代码如下
function startup_rvcdisp(Robotics, Vision Control: (c) Peter Corke 1992-2020 http://www.petercorke.com)if verLessThan(matlab, 7.0)warning(You are running a very old (and unsupported) version of MATLAB. You will very likely encounter significant problems using the toolboxes but you are on your own with this);endtb false;startup_path fileparts( mfilename(fullpath) );[~,folder]fileparts(startup_path);if strfind(folder, common)% startup_rvc is in common folderrvcpath fileparts(startup_path);else% startup_rvc is in folder above commonrvcpath startup_path;endrobotpath fullfile(rvcpath, robot);if exist(robotpath, dir)addpath(robotpath);tb true;if exist(startup_rtb) 2startup_rtbendendvisionpath fullfile(rvcpath, vision);if exist(visionpath, dir)addpath(visionpath);tb true;if exist(startup_mvtb) 2startup_mvtbendendif tb% RTB or MVTB is present% add spatial math toolboxp fullfile(rvcpath, spatial-math);if exist(p, dir)tryfp fopen( fullfile(p, RELEASE), r);release fgetl(fp);fclose(fp);catch MErelease [];endif releaserelease [(release release )];elserelease ;endfprintf(- Spatial Math Toolbox for MATLAB %s\n, release)addpath(p);end% add common filesaddpath(fullfile(rvcpath, common));elsefprintf(Neither Robotics Toolbox or MachineVision Toolbox found in %s\n, rvcpath);end% check for any install problemsrvccheck(false)
end
后期如果关闭了MATLAB想要运行机器人的话运行函数startup_rvc即可
2、运动学
机器人或者说飞行器随着时间而发生动作变换叫做运动学(kinematics)这个跟动力学(dynamics)是不一样的动力学是研究影响运动的因素而动力学是不考虑作用力和质量等因素研究的是随着时间在空间中的位置问题。对于运动基本上就是平移和旋转了就会牵涉到坐标系和角度等转换接下来我们来学习下
2.1、平移
物体的平移比较简单就是沿着XYZ三轴平移 沿着X轴平移transl(2,0,0)
沿着Y轴平移transl(0,2,0)
沿着Z轴平移transl(0,0,2)
当然也可以在XYZ轴都进行平移transl(1,3,2)
我们对最后这个画图看下效果trplot(transl(1,3,2))如下图 我标注红点的位置是(1,3,2)因为是在三维空间的展示所以看起来XYZ轴的数值不对其实是对的大家可以在MATLAB中的这张图进行拖动旋转然后就会发现红点的坐标就是(1,3,2)
2.2、旋转
旋转就是绕轴做圆周运动
绕X轴旋转Rx rotx(pi/2)
绕Y轴旋转Ry roty(pi/2)
绕Z轴旋转Rz rotz(pi/2)
旋转叠加Rxy Rx * Ry
动画演示tranimate(Rxy)这样看起来非常清晰直观。
我们来看下点(3,4)旋转60度的情况
T1SE2(3,4,pi/3)T1 0.5000 -0.8660 30.8660 0.5000 40 0 1对其画图trplot(T1)如下 我们也可以使用transforms3d库中的结果用来验证在MATLAB中生成的结果代码如下
import transforms3d as tfs
import math
print(tfs.euler.euler2mat(math.pi/3,0,0))
/*
[[ 1. 0. 0. ][ 0. 0.5 -0.8660254][-0. 0.8660254 0.5 ]]
*/ MATLAB中的结果如下
T2rotx(pi/3)
/*
T2 1.0000 0 00 0.5000 -0.86600 0.8660 0.5000
*/
上述是弧度制也可以使用角度制 指定deg参数rotx(60,deg)
3、六轴机器人
3.1、Link关节连杆
这里我们使用更改的D-H参数也就是接下来的Link函数指定modified参数
L Link([1 2 3 4],modified)
%L Revolute(mod): thetaq, d2, a3, alpha4, offset0
Link函数里面的参数分别表示为关节角度[L1.theta]、连杆偏距[L1.d]、连杆长度[L1.a]、连杆旋转角度[L1.alpha]参数modified表示的是改进版本的DH参数这里附带介绍下D-H的相关知识 DH参数是一种描述机器人关节之间关系的参数化方法由Denavit和Hartenberg提出。DH参数法可以用4个参数来表示刚体之间的相对关系包括沿Z轴的平移长度a、沿共同法线的旋转角度α、在XZ平面内的偏移距离d、绕Z轴的旋转角度θ。 DH参数在ROS中被广泛应用用于描述机器人关节和坐标系之间的关系主要用于正向运动学计算可以通过DH表获取每个关节的变换矩阵将所有变换矩阵相乘最终获得从基准坐标系到末端执行器坐标系的变换矩阵。 这个D-H方法是在运动学中求解比较通用的其余还有李代数方法等。
连杆类型
L.type()
%ans R
也就是说这个是旋转的R(revolute)关节类型除此之外还有一种是柱状形(prismatic)的关节
接下来就是分别创建6个关节也就是为6轴的机械臂做准备
L1 Link([0 0 0 0],modified)
L2 Link([0 0.1380.024 0 -pi/2],modified)
L3 Link([0 -0.127-0.024 0.42 0],modified)
L4 Link([0 0.1140.021 0.375 0],modified)
L5 Link([0 0.1140.021 0 -pi/2],modified)
L6 Link([0 0.090.021 0 pi/2],modified)
3.2、SerialLink机械臂
上面定义好了6个关节接下来我们使用SerialLink将这些关节连接起来成为一个六轴机械臂的机器人。
MyBot SerialLink([L1,L2,L3,L4,L5,L6],name,Six Axis Robot)
我们先来看下SerialLink有哪些方法help(SerialLink) --- SerialLink 的帮助 --- SerialLink Serial-link robot class A concrete class that represents a serial-link arm-type robot. Each link and joint in the chain is described by a Link-class object using Denavit-Hartenberg parameters (standard or modified). Constructor methods:: SerialLink general constructor L1L2 construct from Link objects Display/plot methods:: animate animate robot model display print the link parameters in human readable form dyn display link dynamic parameters edit display and edit kinematic and dynamic parameters getpos get position of graphical robot plot display graphical representation of robot plot3d display 3D graphical model of robot teach drive the graphical robot Testing methods:: islimit test if robot at joint limit isconfig test robot joint configuration issym test if robot has symbolic parameters isprismatic index of prismatic joints isrevolute index of revolute joints isspherical test if robot has spherical wrist isdh test if robot has standard DH model ismdh test if robot has modified DH model Conversion methods:: char convert to string sym convert to symbolic parameters todegrees convert joint angles to degrees toradians convert joint angles to radians 从SerialLink类提供的方法我们了解到可以用来描述机器人的连杆结构SerialLink类描述机器人的连杆结构包括每个连杆的长度、方向和旋转轴。有了这些信息我们可以用于计算机器人的运动学模型从而对机器人做出控制和运动规划。
显示连接参数MyBot.display()
MyBot Six Axis Robot:: 6 axis, RRRRRR, modDH, slowRNE
----------------------------------------------------------
| j | theta | d | a | alpha | offset |
----------------------------------------------------------
| 1| q1| 0| 0| 0| 0|
| 2| q2| 0.162| 0| -1.5708| 0|
| 3| q3| -0.151| 0.42| 0| 0|
| 4| q4| 0.135| 0.375| 0| 0|
| 5| q5| 0.135| 0| -1.5708| 0|
| 6| q6| 0.111| 0| 1.5708| 0|
---------------------------------------------------------- 操作机械臂MyBot.teach() 这样就会生成六轴机械臂的机器人然后我们就可以通过操作不同关节来操作机器人的机械臂了如下图 我们操作左边q1~q6就会看到机械臂的运动以及XYZ轴和RPY欧拉角的变化
4、运动学
4.1、正运动学
运动学分为正解和逆解正运动学(Forward kinematics)已知每个关节的位姿与连杆的长度等参数求解末端执行器的位姿。 我们来看下正解
MyBot.fkine([pi/2 -pi/4 pi/2 pi/3 -pi/2 pi/6])
/*
ans -0.8660 0.5000 0 -0.146-0.4830 -0.8365 0.2588 0.46050.1294 0.2241 0.9659 0.1740 0 0 1
*/
生成的是对应关节角度的末端的齐次变换矩阵。
4.2、逆运动学
逆运动学(Inverse kinematics)跟正运动学是反过来的根据机器人的末端执行器的位姿计算出机器人各个关节的位姿等运动参数。这个要复杂点因为它的求解可能是不确定的唯一解会产生多重解的问题当然也可能得不到解析解的情况。
迭代法
%起始状态
init [0.795 0.257 -0.135 0 0 -pi/2]
%目标状态
targ [0 0.836 -0.135 0 -pi/3 -pi/2]
T0MyBot.fkine(init)
/*
T0 0.0852 0.6951 -0.7139 0.35010.0869 0.7086 0.7003 0.72390.9926 -0.1217 0 -0.28640 0 0 1
*/
TFMyBot.fkine(targ)
/*
TF 0.6450 0.3821 -0.6618 0.40760 0.8660 0.5000 0.20150.7642 -0.3225 0.5586 -0.59470 0 0 1
*/
%每次迭代的末端执行器相对于首端的齐次变换矩阵
step 50
%ctraj是Matlab中机器人轨迹(trajectory)规划的函数
TCctraj(T0,TF,step)
%比如迭代到第50次
/*
TC(50) 0.6450 0.3821 -0.6618 0.40760 0.8660 0.5000 0.20150.7642 -0.3225 0.5586 -0.59470 0 0 1
*/
qq MyBot.ikine(TC,mask,[1 1 1 0 0 0])
返回的就是50*6的双精度数组长度是50length(qq) 0.7951 0.1852 0.0167 -0.0314 0.0432 0 0.7946 0.1853 0.0174 -0.0303 0.0422 0 0.7931 0.1856 0.0196 -0.0267 0.0394 0 ...... -0.1278 0.6478 0.4212 0.2245 -0.2429 0 -0.1317 0.6494 0.4203 0.2230 -0.2419 0 -0.1330 0.6500 0.4201 0.2226 -0.2416 0 接下来我们使用ctraj来规划轨迹使用ikine函数来做逆解沿着轨迹进行运动。
5、直线轨迹规划
这里使用标准的DH参数来测试下三个自由度的机械臂如何做运动规划的一起来了解下
%这里是第一次开启MATLAB时运行这个函数启动rvcstartup_rvc
%参数关节角、偏置距离、连杆长度、连杆扭角、sigma为0表示旋转关节
L1 Link([0 84.72 41.04 pi/2 0]);
L2 Link([0 0 200 0 0]);
L3 Link([0 0 214.8 0 0]);% 可以限制旋转角度范围
L1.qlim [deg2rad(-170) deg2rad(170)];
L2.qlim [deg2rad(-60) deg2rad(85)];
L3.qlim [deg2rad(-90) deg2rad(10)];Bot2 SerialLink([L1 L2 L3], name, 机械臂运动学);
%手动操作关节进行旋转
Bot2.teach()%起点
T1 transl(100,-10,50);
%终点
T2 transl(300,-30,200);
%规划轨迹(trajectory)
T ctraj(T1,T2,50);
Tj transl(T);
%输出末端轨迹
plot3(Tj(:,1),Tj(:,2),Tj(:,3));
%当反解的机械臂自由度少于6时要用mask掩码减少自由度否则无法直接调用ikine作为运动学反解函数
q Bot2.ikine(T,mask,[1 1 1 0 0 0]);
Bot2.plot(q);这样就会看到沿着规划好的直线自动进行运动了简单起见截个图如下(实质是运动的) 6、圆轨迹规划
N (0:0.5:100);
center [200 -150 -50];
radius 60;
theta (N/N(end))*2*pi;
points (center radius*[cos(theta) sin(theta) zeros(size(theta))]);
plot3(points(1,:),points(2,:),points(3,:),r);%沿着圆的轨迹平移
T transl(points);
q2 Bot2.ikine(T,mask,[1 1 1 0 0 0]);
Bot2.plot(q2);
这样就会看到沿着规划好的圆自动进行运动了简单起见截个图如下(实质是运动的) 7、常见用法
其余的一些常见用法如下 关节数MyBot.n 画出机械臂MyBot.plot([0 0 0 0 0 0]) 机器人的结构类型Mybot.config 关节范围MyBot.qlim 连杆向量(更直观)MyBot.links 重力方向([gx gy gz])MyBot.gravity 连杆的动力学属性MyBot.dyn 是否是旋转关节MyBot.isrevolute 是否是移动关节MyBot.isprismatic 是否是球关节MyBot.isspherical 关节与连杆是否有符号参数MyBot.issym 可以编辑动力学参数MyBot.edit 8、小结
文章主要介绍了机器人工具箱rvctools以及它的用法了解运动学的相关知识对坐标的变换轨迹的规划等有个直观的了解最后在进行运动规划的时候有时候会出现下面这样的错误警告: failed to converge: try a different initial value of joint coordinates 收敛失败:尝试不同的关节坐标初始值 这样的情况一般是关节不能到达那个坐标所以需要更改坐标为合理值即可。 另外仔细观察代码中会出现一些矩阵带单引号这个表示转置的意思比如size(N)的形状是1 x 201而size(N)的形状就是201 x 1 元素个数numel(N) 结果201,维度ndims(N) 结果2
