使用Simulink进行四足机器人的非线性动力学建模与仿真

最新推荐文章于 2025-04-26 10:59:45 发布
最新推荐文章于 2025-04-26 10:59:45 发布
阅读量100 收藏
点赞数
分类专栏： Simulink开发项目1000例实战专栏 手把手教你学 MATLAB 专栏 MATLAB 开发项目实例 1000 例专栏 文章标签： 算法 simulink matlab
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xiaoheshang_123/article/details/147033248
版权

目录

手把手教你学Simulink——基于Simulink的四足机器人非线性动力学建模仿真示例

一、背景介绍

非线性动力学

二、所需工具和环境

三、步骤详解

步骤1：创建Simulink模型

步骤2：设计四足机器人模型

添加基础框架

添加腿部结构

步骤3：实现非线性动力学方程

定义状态变量

实现非线性动力学方程

步骤4：集成传感器和执行器模型

添加传感器模型

添加执行器模型

步骤5：设计控制器

步骤6：运行仿真并评估性能

四、总结

手把手教你学Simulink——基于Simulink的四足机器人非线性动力学建模仿真示例

四足机器人在复杂地形中表现出色，其运动涉及复杂的非线性动力学问题。为了设计有效的控制策略并优化机器人的性能，建立精确的非线性动力学模型是关键步骤之一。本文将介绍如何使用Si

了解本专栏 订阅专栏 解锁全文 超级会员免费看
【四足机器人项目实战】四足机器人运动学、动力学模型
qq_35635374的博客
11-03 1万+
系列文章目录 提示：这里可以添加系列文章的所有文章的目录，目录需要自己手动添加 TODO:写完再整理 文章目录系列文章目录前言一、四足机器人实际模型的物理难点二、四足机器人运动学模型1.方法一：DH法建立运动学模型（1）运动学建模构型方法（2）运动学模型描述方法1、基于DH法四足机器人单腿运动学模型公式推导（0）DH法科普1）原理2）实现过程3）评价（1）四足机器人的建模规则、坐标系定义及实物参数确定1）标准Denavit-Hartenberg法建模规则2）单腿运动学模型坐标系定义示意图及简化模型3）
四足机器人动力学建模（一）
热门推荐
weixin_42208705的博客
07-22 1万+
MIT开源的四足机器人动力学建模主要是牛顿欧拉法式（6.45）下一个关节的角速度=两个关节间的旋转变换矩阵*上一个关节的角速度+下一个关节的角速度牛顿欧拉法通过外推来计算各个连杆的质心受到的力和力矩。计算过程式（6.49）计算连杆质心受到的力。式（6.50）计算连杆质心收到的力矩；连杆质心受到的力和力矩由重力加非惯性力组成。外推就是从基座向机械臂末端递推，各个关节的角速度，线速度，角加速度，线加速度，以及连杆质心的线加速度。内推就是机械臂的末端的力和力矩向基座递推，求各个关节的力和力矩。...
四足机器人动力学建模（二）
weixin_42208705的博客
10-07 625
这是22年暑假做的笔记，现在分享给大家，主要包括单腿雅可比的计算，以及复合刚体的惯性张量的计算。
matlab四足仿真,基于MATLAB的四足机器人建模与仿真.docx
weixin_36215903的博客
03-23 1899
摘要：本课题讨论了一种利用MATLAB中Robotics Toolbox对机器人进行的仿真建模的技术，对四足机器人进行行仿真建模。通过设计确定主要研究对象为哺乳类四足机器人。确定了机器人的腿部关节结构类型和驱动类型。运用D-H参数法对机器人进行三维建模以得到相应的结构参数，确定相应的关节的坐标系。利用Robotics Toolbox对机器人进行仿真建模，利用MATLAB函数和D-H参数相结合以得到...
四足机械狗
weixin_48052618的博客
07-19 2751
机械狗 目录机械狗写在前面计划1 搭建模拟环境1.1先模拟条简单的狗腿 （two-link)1.1.1 Forward Kinematics1.1.2 Inverse Kinematics1.1.3 Forward Dynamics1.1.4 Inverse Dynamics1.2 模拟个复杂点的狗腿 （three/four-link)1.3 搭个全身1.4 加入Contact modelling1.5 合到一起2 控制器设计2.1 PD controll2.2 Impedance/force contr
手把手教你学simulink（98.6）--非线性控制实例：基于Simulink的非线性控制策略实现精密机械加工
MHD0815的博客
02-15 75
精密机械加工对设备的动态性能和控制精度要求极高，尤其是在高速切削、微细加工等场景中。由于机床系统的非线性特性（如摩擦力、刀具磨损、热变形等），传统的线性控制方法可能无法满足高精度的要求。因此，采用非线性控制策略（如滑模控制、自适应控制或反馈线性化）可以显著提高机床系统的动态性能和加工精度。本项目旨在通过MATLAB/Simulink平台，设计一种基于滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）的非线性控制器，用于改善精密机械加工中的位置控制，并验证其在动态环境下的性能表现。
手把手教你学Simulink——基于Simulink的四足机器人非线性动力学建模仿真示例
MHD0815的博客
04-10 80
四足机器人的运动包含多个自由度（DOF），包括腿部的摆动和支撑阶段的动力学特性。由于存在接触力、摩擦以及不同地形的影响，四足机器人的动力学行为呈现出高度的非线性特征。因此，构建准确的非线性动力学模型对于研究机器人的运动学和动力学特性至关重要。定义代表机器人状态的变量，如位置、速度、角度和角速度。matlab深色版本通过本指南，我们介绍了如何基于Simulink搭建一个四足机器人的非线性动力学模型，并进行了详细分析。
simulink建模仿真实例1000例--333例：使用Simulink进行四足机器人的非线性动力学建模与仿真
最新发布
xiaoheshang_123的博客
04-26 31
四足机器人的运动包含多个自由度（DOF），包括腿部的摆动和支撑阶段的动力学特性。由于存在接触力、摩擦以及不同地形的影响，四足机器人的动力学行为呈现出高度的非线性特征。因此，构建准确的非线性动力学模型对于研究机器人的运动学和动力学特性至关重要。通过本指南，我们介绍了如何基于Simulink搭建一个四足机器人的非线性动力学模型，并进行了详细分析。
基于Simulink的简单车辆动力学模型搭建
weixin_45091584的博客
07-19 9049
简单的车辆动力学模型，手把手搭建和仿真
整车动力学模型-simulink（7自由度&14自由度）采用模块化建模方法，搭建7自由度和14自由度整车模型，作为整车平台适用于
05-22
整车动力学模型_simulink（7自由度&14自由度） 软件使用：Matlab Simulink 适用场景：采用模块化建模方法，搭建7自由度和14自由度整车模型，作为整车平台适用于多种工况场景。 产品simulink源码包含如下模块： →工况: 阶跃工况 →整车模块：7自由度整车模型(需要14自由度整车模型需额外说明，不在里面) →包含模块：转向系统，整车系统，悬架系统（十四自由度才有），魔术轮胎pac2002，车轮系统，PI驾驶员模块等 →七自由度包含：整车纵向，横向，横摆，四轮旋转自由度。 →十四自由度包含：整车纵向，横向，横摆，车身俯仰，侧倾，垂向跳动，四轮旋转和垂向自由度。 包含：simulink源码文件，详细建模说明文档，对应参考资料
simulink动力学建模仿真
05-12
利用simulink建立压缩机动力学仿真模型，分析其动力学机理。
Matlab_Simulink动力学系统建模与仿真
09-26
《Matlab/Simulink动力学系统建模与仿真（第2版）》主要介绍了动力学系统中微分方程模型、传递函数模型和状态空间模型等建立的基础理论，并引入了Simulink仿真技术，为解决复杂动力学问题（特别是不易得到解析解的动力学问题）提供了方法。 　　《Matlab/Simulink动力学系统建模与仿真（第2版）》编排了较多的例题来说明各类动力学模型的仿真模型的建立方法，以及差分模型、相似模型、时域和频域等仿真模型，最后将控制动力学基础知识作为后继研究的扩展内容做了介绍。 　　《Matlab/Simulink动力学系统建模与仿真（第2版）》是一本多学科内容相交又的教材，同时涉及了力学、电学和动力学控制等学科的交叉知识。 　　《Matlab/Simulink动力学系统建模与仿真（第2版）》适合具有一定数学和力学基础知识的理工科专业的本科高年级学生使用，可以作为机械工程、土木工程、车辆工程和仪器仪表、印刷机械等本科高年级学生和相关专业的研究生在学习有关动力学系统建模与仿真内容时的参考书，还可供相关工程技术人员参考。
ADRC的simulink仿真
05-16
对自抗扰控制器三部分组成:跟踪微分器(tracking differentiator)，扩展状态观测器 (extended state observer) 和非线性状态误差反馈控制律(nonlinear state error feedback law)的matlab仿真
材料力学仿真软件：ADINA_（12）.非线性动力学分析
kkchenjj的博客
01-11 987
非线性动力学分析在材料力学仿真软件中起着关键作用，特别是在处理复杂结构和材料的动态响应时。ADINA软件提供了多种方法来实现非线性动力学分析，包括显式和隐式动力学分析。通过合理选择分析方法和设置参数，可以有效地模拟各种动态行为，如塑性变形、接触问题和碰撞等。希望本文档能为使用ADINA软件进行非线性动力学分析的工程师和研究人员提供有价值的参考。
【四足机器人项目实战】四足机器人支撑腿反作用力规划之动力学模型方法
qq_35635374的博客
12-22 2074
系列文章目录 提示：这里可以添加系列文章的所有文章的目录，目录需要自己手动添加 TODO:写完再整理 文章目录系列文章目录前言一、建立单刚体动力学模型（近似抽象模型）二、建立单刚体模型的运动方程AX=B（躯干平衡控制器模型）三、使用反馈控制律计算期望的躯干质心加速度和角加速度，进而得到期望的躯干质心的状态b四、地面反作用力问题直接通过齐次方程，进行求解评价五、计算躯干质心作用在地面的作用力总结参考资料 前言 认知有限，望大家多多包涵，有什么问题也希望能够与大家多交流，共同成长！ 本文先对动力学模型
基于Simulink的汽车动力性仿真
shy_201992的博客
01-28 4253
本篇博文主要用来记录汽车系统动力学课程的学习，仅供课程阶段参考，与实际工程应用还有较大距离。本实例主要有以下任务。1.建立汽车动力性数学模型。2.建立汽车动力性仿真模型。3.绘制汽车动力性仿真曲线。提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考。
simulink学习笔记：基于模型的控制和pid整定
subtitle_的博客
08-13 3419
simulink学习笔记：基于模型的控制和pid整定
基于Matlab/Simulink的1/4车辆动力学模型
qingfengxd1的博客
10-22 1万+
上图中， Zs表示簧载质量位移，Zu表示非簧载质量位移，ms表示簧载质量，mu表示非簧载质量，kt表示轮胎刚度，ks表示悬架刚度，cs表示悬架阻尼， Fmr表示磁流变悬架阻尼力。在这里为了简化计算，不把控制方法作为重点，所以Fmr视为0。确定微分方程后，便可以在simulink搭建模型了，其中搭建模型的核心思想就是将ms和mu除到右边然后搭模型使等式左右两边相等。确定模型和参数以后，根据牛顿第二定律在确定该模型的微分方程。
机器人开发，simulink仿真与建模
03-11
<think>好的，我需要回答用户关于在机器人开发中使用Simulink进行仿真和建模的最佳实践的问题。首先，用户提供了几个相关的引用资料，我需要结合这些资料来组织答案。 首先，用户提到的引用内容涵盖了PID控制、强化学习以及具体的Simulink建模步骤。我需要从这些内容中提取关键点，比如建模步骤、参数调整、仿真分析等。 接下来，我需要按照用户的要求，结构清晰地分步骤说明最佳实践。可能需要包括模型规划、模块化设计、参数配置、仿真运行、结果分析、优化方法等部分。 同时，用户希望生成相关问题，我需要考虑用户可能关心的其他方面，比如性能优化、与其他工具的集成、实时仿真等。 还要注意引用资料的标注，在回答中自然地添加引用标识。例如，在提到PID控制器结构时，引用[^2]；提到强化学习应用时，引用[^3]；提到参数设置时，引用[^4]。 需要确保回答符合格式要求：使用中文，数学公式用$...$或$$...$$，代码块用正确语法，引用标识放在句末。同时，问题部分需要列出三个相关问题。 最后，检查是否有遗漏的最佳实践点，例如版本控制、文档管理、硬件在环测试等，这些可能也是用户关心的内容，但需要确保引用资料中有相关支持，或者属于通用知识。</think>### 机器人开发中Simulink仿真与建模的最佳实践 #### 1. **明确需求与系统架构规划** - 在建模前，需明确机器人的控制目标（如速度控制[^1]、路径跟踪[^3]）和物理特性（质量$m$、阻尼$b$、刚度$k$等）。 - 绘制系统框图，明确输入输出关系。例如，PID控制器的传递函数为： $$C(s) = K_p + \frac{K_i}{s} + K_d s$$ 其中$K_p$、$K_i$、$K_d$分别对应比例、积分、微分增益[^2]。 #### 2. **模块化建模** - **分层设计**：将机器人系统拆分为驱动、控制、环境交互等子模块。例如，速度控制系统可分为PID控制器、动力学模型和传感器反馈。 - **标准化接口**：使用Simulink的`Subsystem`功能封装模块，确保信号类型和维度一致。 - **示例模型结构**： ``` Step → [+] → 1/m → Integrator → 1/b → Integrator → 1/k → Scope ↑ PID Controller ← Feedback Signal ``` 通过增益块和积分器构建动力学模型，PID控制器调节输出。 #### 3. **参数配置与初始化** - **物理参数**：根据机器人实际参数设置$m$、$b$、$k$等（如质量$m=10\ \text{kg}$）。 - **控制器参数**：通过试错法或自动整定工具（如PID Tuner）调整$K_p$、$K_i$、$K_d$，初始值可设为$K_p=1, K_i=0.1, K_d=0.01$。 - **仿真设置**：选择合适求解器（如`ode45`），调整步长（固定步长$0.001\ \text{s}$或变步长）以提高精度。 #### 4. **仿真运行与结果分析** - **实时调试**：运行仿真后，通过`Scope`观察系统响应（如超调量、稳态误差），判断是否满足设计要求。 - **性能指标**：计算上升时间$t_r$、调节时间$t_s$等，例如： $$t_s = \frac{4}{\zeta \omega_n}$$ 其中$\zeta$为阻尼比，$\omega_n$为自然频率。 #### 5. **优化与扩展** - **参数优化**：结合强化学习算法，让机器人在仿真中自主优化控制策略。例如，设计奖励函数： $$R = -\alpha e^2 - \beta u^2$$ 其中$e$为跟踪误差，$u$为控制输入，$\alpha$、$\beta$为权重系数。 - **硬件在环（HIL）测试**：将Simulink模型与真实控制器连接，验证实际性能。 - **多领域协同仿真**：集成Simscape（机械）、Stateflow（逻辑）等工具箱，构建高保真模型。 #### 6. **文档与版本管理** - 记录每次参数修改和仿真结果，便于回溯分析。 - 使用Simulink的`Model History`功能或Git进行版本控制。 --- ###
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值