MATLAB Robotics System Toolbox 学习(1)-创建一个机器人

本文介绍了如何使用MATLAB Robotics System Toolbox创建和显示机器人模型。通过解析官方示例代码,详细讲解了刚体树类的实例化、刚体和关节的创建,以及关节属性如位置限制、初始位置、关节轴等。同时,文章还提到了Transform-相邻坐标系的变换,并展示了使用showdetails()显示机器人模型的方法。

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前记

一开始打算使用petet corke的matlab robotics toolbox来建立一个机器人模型,但是不知道什么原因,在使用逆动力学和显示时总是报错。
具体配置是r2019b+10.2版本的工具箱,但是在r2019a版本则可以正确运行,在各种查阅无果之后,只能使用matlab官方的robotics system toolbox来实现。

创建一个机器人并显示

参考代码来自matlab官方工具箱示例,这里主要对参考代码中的函数(或者说类?)进行解析,当然查api肯定是坠吼的,然而我懒得总是翻英文文档,所以写这篇文章做一个提示。

创建机器人模型

robot = rigidBodyTree('DataFormat','column','MaxNumBodies',3);

这行代码实例化了一个刚体树类,‘DataFormat’为‘column’,也就是说数据是以行读入的,如果为‘row’那么则需要对向量进行转置后才能读入数据;'MaxNumBodies’参数为3,表示该刚体树模型不包括基的最大刚体数为3。
原文的说明如下

Number of bodies in the robot model (not including the base), returned as an integer.

创建关节和连杆

刚体与关节

刚体
L1 = 0.3;
L2 = 0.3;
%Add 'link1' body with 'joint1' joint.

body = rigidBody(‘link1’);
刚体是刚体树模型的基本组件,采用rigidBody函数来创建。每个刚体具有与其关联的子对象和父对象(相当于与其连接的其他连杆),每个刚体都有一个关节(joint),该关节定义了刚体相对其父对象的运动
rigidbody语法

body = rigidBody(name)

name为刚体的名称,在默认情况下,刚体对象的属性Joint为fixed,即固定关节;Mass默认为1kg,CenterofMass即质心位置为[0 0 0]

关节
joint = rigidBodyJoint('joint1', 'revolute');

关节对象采用rigidBodyJoint函数创建,语法为

joint - rigidBodyJoint(name,type)

第二个参数有三种类型,分别是’fixed’固定关节、'revolute’转动关节和’prismatic’移动关节。
关节的属性:
(1)PositionLimits— 关节向量的位置限制
位置限制[min max]
fixed没有限制;revolute默认为[-pi pi];prismatic默认为[-0.5 0.5](单位为米
(2)HomePosition— 关节的初始位置
HomePostion为一个标量,默认为0,对于转动关节为初始角度,对于移动关节为沿关节轴的移动距离(单位仍是m)
(3)JointAxis— 关节轴
JointAxis为一个向量[x y z],默认为NaN
(4)JointToParentTransform和ChildToJointTransform
这两个属性没太弄懂,官方在刚体树模型里有图文解释。

Transform-相邻坐标系的变换
setFixedTransform(joint,trvec2tform([0 0 0]));
joint.JointAxis = [0 0 1];

这里的transform应该是和关节的属性JointToParentTransform和ChildToJointTransform有关,具体我仍是不太清楚(爬)。
主要介绍一下setFixedTransform函数
(1)语法
seFixedTransform有三种调用方式,分别是tform齐次变换,标准dh参数,modified dh参数。

setFixedTransform(jointObj,tform)
setFixedTransform(jointObj,dhparams,"dh")
setFixedTransform(jointObj,mdhparams,"mdh")

tform是坐标系变换的4x4矩阵,具体形式为
[ r 11 r 12 r 13 p x r 21 r 22 r 23 p y r 31 r 32 r 33 p z 0 0 0 1 ] \begin{bmatrix} r_{11}&r_{12} &r_{13} &p_{x} \\ r_{21}&r_{22} &r_{23} &p_{y} \\ r_{31}& r_{32}& r_{33}&p_{z} \\ 0& 0& 0& 1 \end{bmatrix}

### MATLAB Robotics System Toolbox 使用教程和文档 #### 安装指南 为了安装MATLAB Robotics System Toolbox,需访问MathWorks官方网站下载最新版的MATLAB软件包,该软件包已集成Robotics System Toolbox。确保遵循官方提供的安装向导完成整个过程[^1]。 #### 功能概述 Robotics System Toolbox提供了用于设计、模拟和服务于机器人的算法和支持。此工具箱支持多种操作,包括但不限于路径规划、导航、运动控制以及传感器融合等高级特性。通过Simulink模块库中的特定组件,能够方便地构建复杂的机器人行为逻辑图,并借助内置函数简化编程工作量。 #### 基础使用案例 对于初学者来说,可以从简单的例子入手学习如何定义基本几何形状作为障碍物;创建二维地图表示环境布局;设置起点终点位置来进行全局路径规划实验。此外,还可以尝试加载URDF文件描述具体物理结构的机器人模型,并调用`importrobot()`命令将其引入到MATLAB环境中进一步处理[^4]。 ```matlab % 导入URDF格式的机器人模型 robot = importrobot('example_robot.urdf'); show(robot); ``` #### 高级主题探索 深入研究可涉及更复杂的应用场景,比如利用SLAM技术实现实时定位映射,或是基于视觉伺服原理实施精准抓取动作。这些都依赖于工具箱内丰富的API接口及预置好的实例代码片段供开发者参考借鉴[^3]。 #### 教程资源推荐 除了上述提及的内容外,还建议关注由MathWorks定期举办的线上直播课程和技术讲座视频回放资料,它们往往包含了大量实用技巧分享和最佳实践指导。同时也可以加入社区论坛交流心得体验,共同解决遇到的技术难题[^2]。
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