基于MATLAB机器人手臂运动仿真

英璐+富泽

摘要：文章首先分析了基于MATLAB技术所设计的机器人手臂结构，从主要功能实现区域来开展，在此基础上探讨相关功能实现的力学原理基础，并对MATLAB技术应用中的算法验证进行详细探讨规划，以便达到最理想的使用效果，在机器人手臂功能上也能得到完善，提升手臂运动精准度。

关键词：MATLAB；机器人手臂；运动仿真

1、基于MATLAB机器人的手臂结构

机器人仿真手臂运动中，组成结构传感器结构，感应器装置、旋转关节以及控制模块，在使用中这几个模块相互配合，将所探测得到的信息向总控制模块反映，从而实现控制能力提升，帮助机器人仿真手臂实现运动功能。对于不同领域所使用的机器人，仿真手臂结构组成也有很大差异性，要掌握这一差异性，进行更系统化的控制，各个控制区域之间也是需要划分完善的。一些功能需求中，会要求机器人手臂主动运动，实现生产中所需要的功能，在该手臂运动中，控制系统则是需要功能实现模块。特殊使用需求的机器人手臂会安装固定装置，将机器人仿真手臂所抓到的货物牢牢固定，以免在传输过程中出现掉落损坏问题，各个结构模块共同组成了功能系统，达到机器人使用需求，配合其他功能共同服务生产需求。

2、机器人手臂运动力学原理

机器人手臂中所含有的旋转关节，在使用过程中会根据控制指令来旋转，从而达到手臂的运动效果，旋转关节能运动是采用串联控制方法来实现的，这样在使用中也能达到最佳控制效果。手臂运动是一个复杂的过程，不但需要机械动能供應，更需要在运动中借助力学原理，来实现对手臂的运动状态控制。图1中的机器人手臂，该手臂在功能上已经十分完善，可以灵活的抓住货物，运动范围也更灵活便于控制。

整个手臂在力学控制原理中，是分段进行的，每一个手臂结构都会在一个旋转轴控制下使用，根据控制指令以及使用需求来进行调整，各个旋转轴处于不用运动状态下，机器人手臂也能随之运动实现不同的运动状态，做出控制信息中要求的动作。通常情况下机器人手臂实现功能，需要与机器人其他功能模块相互配合，达到最佳使用状态，并在功能实现上达到最佳效果，各个系统之间的调节与配合效果也会有明显提升。

3、MATLAB 算法验证及手臂运动仿真

3.1、仿真环境构建

机器人手臂实现仿真功能，首先需要建立一个仿真环境，并在仿真环境内不断完善控制系统与信息传输系统，机器人手臂有固定的仿真运行状态，这样才能避免最终的控制功能受到影响。仿真手臂构建是在动作指令算法基础上开展的，充分了解当前运动状态，来继续深入完善控制功能，营造出适合机器人手臂运动的环境来（见图2设计图）。动作仿真中要求模仿真实的手臂运动过程，在功能以及感应灵敏度上与之达成一致，发现问题及时探讨解决规划方法，确保所构建的环境适合机器人仿真手臂使用，这样在接下来的算法验证以及功能检测中，才能达到最佳效果，以免影响到整体功能实现。

3.2、正运动学算法验证

采用该种算法验证方法，首先要将机器人手臂调整到几个特殊的动作位置中，观察机器人手臂运动中是否可以满足精准度需求，在此基础上配合观察运动效果，从综合控制治理角度进行，只有机器人仿真手臂达到精准的运动点，其他功能才得以实现，也意味着机器人仿真手臂在控制系统上不存在误差，并且各个旋转关节也均可以实现功能。只将第一个关节调节在90°，其他的几个关节控制在0°，检测关节的配合程度，是否能够通过自动调节来使之达到最佳使用效果。

3.3、逆运动学算法验证

逆运动学算法验证中，首先需要确定一组手臂运动中的关节调节角度，将其录入到控制的文本框架中，角度依次对应后，观察机器人手臂运动是否达到了规定的控制形式，将其中运动与预期存在差异性的部分进行记录，这样在检测任务结束后也可以进行更深入的调节控制，以免在功能实现质量上受到影响。机器人手臂仿真运动检测结果还需要与真实的手臂运动进行对比，确保能够达到最佳的控制点，并为后续控制计划打下稳定基础条件，所得到的结果具有真实性，那么接下来开展的手臂仿真运动调整也不会因此受到影响，能够在使用需求标准内科学开展，进而达到最理想的使用效果。逆运动学算法验证主要是检测机器人手臂在一些特定环境下的运动情况，以便更好的应对使用中所存在的突发情况。

3.4、手臂运动仿真检测

手臂运动在仿真检测中，会设置一些具有代表性的运动任务，观察检验机器人手臂的自主完成情况，从而实现对运动过程的仿真，手臂运动是一项相对比较复杂的形式，实现功能也需要从多个角度来开展，从而实现手臂运动的最佳控制效果。检测要做出功能与灵敏度两方面区分，并从设计效果层面来进行，发现问题后及时采取技术性方法调整，仅仅实现运动功能并不能满足使用需求，需要从更深入的角度加以调整控制，确保机器人手臂可以达到类似于真实手臂的使用性能，在精准度以及控制灵敏度上都会有明显提升。

图2中表现手臂的仿真运动基本形式，已经能够接近人类手臂的骨关节控制，使用中仍然需要对其运动参数反馈调节，使用一段时间后可能会出现机器人手臂灵敏度下降的情况，需要借助计算机软件来了解并对其做出调整。

上述手臂运动检测技术，实际应用还需要进行强化调整，以免在适应范围上出现误差，对于一些比较常见的功能使用问题，更要及时调整，为机器人手臂功能实现创造可行性。当检测验证中出现结果与实际情况不符合的现象时，也要及时的调整，运用MATLAB技术来构建不同功能实现模块，在算法上做出优化创新，实现更丰富的功能构建形式，通过这种方法来适应不同的机器人手臂使用需求。

结语：综上所述，机器人手臂运动学分析是手臂轨迹规划和精确控制的基础，而对于算法正确性的验证则是机器人手臂执行动作的必要前提条件。本文针对工业机械臂的缺点，采用模块化关节构成机器人手臂，在分析臂型的基础上，对逆运动学求解的基础上，对逆解的分布情况进行了分析。

参考文献：

[1]胡蕴博. 基于ADAMS和MATLAB的机器人联合运动仿真[J]. 机电技术， 2015（2）：23-27.

[2]王林军， 陈艳娟， 张东，等. 基于MATLAB与ADAMS的Delta机器人运动学和动力学仿真分析[J]. 中国农机化学报， 2016， 37（11）：102-106.endprint