基于MATLAB機器人手臂運動仿真

英璐+富澤

摘要：文章首先分析了基于MATLAB技術所設計的機器人手臂結構，從主要功能實現區域來開展，在此基礎上探討相關功能實現的力學原理基礎，并對MATLAB技術應用中的算法驗證進行詳細探討規劃，以便達到最理想的使用效果，在機器人手臂功能上也能得到完善，提升手臂運動精準度。

關鍵詞：MATLAB；機器人手臂；運動仿真

1、基于MATLAB機器人的手臂結構

機器人仿真手臂運動中，組成結構傳感器結構，感應器裝置、旋轉關節以及控制模塊，在使用中這幾個模塊相互配合，將所探測得到的信息向總控制模塊反映，從而實現控制能力提升，幫助機器人仿真手臂實現運動功能。對于不同領域所使用的機器人，仿真手臂結構組成也有很大差異性，要掌握這一差異性，進行更系統化的控制，各個控制區域之間也是需要劃分完善的。一些功能需求中，會要求機器人手臂主動運動，實現生產中所需要的功能，在該手臂運動中，控制系統則是需要功能實現模塊。特殊使用需求的機器人手臂會安裝固定裝置，將機器人仿真手臂所抓到的貨物牢牢固定，以免在傳輸過程中出現掉落損壞問題，各個結構模塊共同組成了功能系統，達到機器人使用需求，配合其他功能共同服務生產需求。

2、機器人手臂運動力學原理

機器人手臂中所含有的旋轉關節，在使用過程中會根據控制指令來旋轉，從而達到手臂的運動效果，旋轉關節能運動是采用串聯控制方法來實現的，這樣在使用中也能達到最佳控制效果。手臂運動是一個復雜的過程，不但需要機械動能供應，更需要在運動中借助力學原理，來實現對手臂的運動狀態控制。圖1中的機器人手臂，該手臂在功能上已經十分完善，可以靈活的抓住貨物，運動范圍也更靈活便于控制。

整個手臂在力學控制原理中，是分段進行的，每一個手臂結構都會在一個旋轉軸控制下使用，根據控制指令以及使用需求來進行調整，各個旋轉軸處于不用運動狀態下，機器人手臂也能隨之運動實現不同的運動狀態，做出控制信息中要求的動作。通常情況下機器人手臂實現功能，需要與機器人其他功能模塊相互配合，達到最佳使用狀態，并在功能實現上達到最佳效果，各個系統之間的調節與配合效果也會有明顯提升。

3、MATLAB 算法驗證及手臂運動仿真

3.1、仿真環境構建

機器人手臂實現仿真功能，首先需要建立一個仿真環境，并在仿真環境內不斷完善控制系統與信息傳輸系統，機器人手臂有固定的仿真運行狀態，這樣才能避免最終的控制功能受到影響。仿真手臂構建是在動作指令算法基礎上開展的，充分了解當前運動狀態，來繼續深入完善控制功能，營造出適合機器人手臂運動的環境來（見圖2設計圖）。動作仿真中要求模仿真實的手臂運動過程，在功能以及感應靈敏度上與之達成一致，發現問題及時探討解決規劃方法，確保所構建的環境適合機器人仿真手臂使用，這樣在接下來的算法驗證以及功能檢測中，才能達到最佳效果，以免影響到整體功能實現。

3.2、正運動學算法驗證

采用該種算法驗證方法，首先要將機器人手臂調整到幾個特殊的動作位置中，觀察機器人手臂運動中是否可以滿足精準度需求，在此基礎上配合觀察運動效果，從綜合控制治理角度進行，只有機器人仿真手臂達到精準的運動點，其他功能才得以實現，也意味著機器人仿真手臂在控制系統上不存在誤差，并且各個旋轉關節也均可以實現功能。只將第一個關節調節在90°，其他的幾個關節控制在0°，檢測關節的配合程度，是否能夠通過自動調節來使之達到最佳使用效果。

3.3、逆運動學算法驗證

逆運動學算法驗證中，首先需要確定一組手臂運動中的關節調節角度，將其錄入到控制的文本框架中，角度依次對應后，觀察機器人手臂運動是否達到了規定的控制形式，將其中運動與預期存在差異性的部分進行記錄，這樣在檢測任務結束后也可以進行更深入的調節控制，以免在功能實現質量上受到影響。機器人手臂仿真運動檢測結果還需要與真實的手臂運動進行對比，確保能夠達到最佳的控制點，并為后續控制計劃打下穩定基礎條件，所得到的結果具有真實性，那么接下來開展的手臂仿真運動調整也不會因此受到影響，能夠在使用需求標準內科學開展，進而達到最理想的使用效果。逆運動學算法驗證主要是檢測機器人手臂在一些特定環境下的運動情況，以便更好的應對使用中所存在的突發情況。

3.4、手臂運動仿真檢測

手臂運動在仿真檢測中，會設置一些具有代表性的運動任務，觀察檢驗機器人手臂的自主完成情況，從而實現對運動過程的仿真，手臂運動是一項相對比較復雜的形式，實現功能也需要從多個角度來開展，從而實現手臂運動的最佳控制效果。檢測要做出功能與靈敏度兩方面區分，并從設計效果層面來進行，發現問題后及時采取技術性方法調整，僅僅實現運動功能并不能滿足使用需求，需要從更深入的角度加以調整控制，確保機器人手臂可以達到類似于真實手臂的使用性能，在精準度以及控制靈敏度上都會有明顯提升。

圖2中表現手臂的仿真運動基本形式，已經能夠接近人類手臂的骨關節控制，使用中仍然需要對其運動參數反饋調節，使用一段時間后可能會出現機器人手臂靈敏度下降的情況，需要借助計算機軟件來了解并對其做出調整。

上述手臂運動檢測技術，實際應用還需要進行強化調整，以免在適應范圍上出現誤差，對于一些比較常見的功能使用問題，更要及時調整，為機器人手臂功能實現創造可行性。當檢測驗證中出現結果與實際情況不符合的現象時，也要及時的調整，運用MATLAB技術來構建不同功能實現模塊，在算法上做出優化創新，實現更豐富的功能構建形式，通過這種方法來適應不同的機器人手臂使用需求。

結語：綜上所述，機器人手臂運動學分析是手臂軌跡規劃和精確控制的基礎，而對于算法正確性的驗證則是機器人手臂執行動作的必要前提條件。本文針對工業機械臂的缺點，采用模塊化關節構成機器人手臂，在分析臂型的基礎上，對逆運動學求解的基礎上，對逆解的分布情況進行了分析。

參考文獻：

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