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Matlab机器人工具箱使用2 DH建模与加载模型

news 2025/9/9 6:44:08

第一个mujoco仿真逆解项目

我的第一个mujoco逆解仿真如上，是自己建模的4DOF机械臂，使用几何逆解，但是没有做详细的DH建模展示PPT，因此还是使用视频教程的机械臂。

教程视频来源：【MATLAB机器人工具箱10.4 机械臂仿真教学】 https://www.bilibili.com/video/BV1q44y1x7WC/?p=2&share_source=copy_web&vd_source=2c56c6a2645587b49d62e5b12b253dca

这一节主要讲在matlab如何对模型进行描述，在其他的仿真软件中，我们常常用到xml、urdf、srdf等结构描述文件进行描述，matlab则提供了一种类的描述，即通过对SerialLink的实例属性赋值完成描述。

至于如何从solidworks中导入自己的stl文件，这个我们之后再讲，不是本专栏的核心内容。

标准DH建模复习速通

建模的方式不是去填表格，那表格填不明白的，最好的方式是如下通过坐标系间的变换来建模，这位up的方法和我之前不谋而合。
即描述下一个坐标系相对于上一个坐标系做了哪些变换？
这不仅能帮助建模，更是为计算相邻连杆的变换矩阵，以至于正逆运动学打下基础。

标准DH描述包含四个参数，分别对于连杆和连接连杆的关节，分别描述了机械结构的静态特性与动态特性。

连杆参数——
连杆长度：公垂线长度， $a_{i-1}$ 指 $J_{i-1}$ 到 $J_i$ 之间公垂线。
扭转角：轴线夹角， $\alpha_{i-1}$ 指从 $J_{i-1}$ 向 $J_i$ 右手方向的夹角。

关节参数——
偏距：两公垂线在轴线的距离， $d_{i}$ 指在 $J_{i}$ 上，公垂线 $\alpha_{i-1}$ 与 $\alpha_{i}$ 的距离。
关节角：两公垂线在关节处夹角， $\theta_{i}$ 指在 $J_{i}$ 上，公垂线 $\alpha_{i-1}$ 与 $\alpha_{i}$ 的夹角。

当关节i是移动关节时，连杆偏距di是变量；
当关节i是转动关节时，关节角θi是变量；

改进型最大的区别就是坐标系和连杆的相对位置不同，允许描述正交型相邻的坐标系。

标准DH建模

参数分别是：（关节类型、第一参数：值，第二参数：值，第三参数：值，建模类型）

其中，注意到offset，他代表着该关节的关节变量，比如旋转关节，那么θ就是offset，θ就不必定义；平移关节，那么d就是offset，d就不必定义；（因为他们作为动态参数）

SerialLink描述串联机器人

机器人实例可以通过类来管理。

这里用SerialLink（串联机器人）这个类定义了一个实例Five_dof，这个实例包含定义的各关节参数L、以及名称“五轴机器人”。

transl指基坐标系的平移量（就是上节课的平移变换矩阵对基坐标系作用），是类属性调整。

teach就是示教，是类函数调用。你可以理解为mujoco的simulate XX.xml，我们写的L定义就类似于XML文档/urdf文档。

%%standard DHL(1)=Link('revolute','d',0.216,'a',0,'alpha',pi/2);L(2)=Link('revolute','d',0,'a',0.5,'alpha',0,'offset',pi/2);L(3)=Link('revolute','d',0,'a',sqrt(0.145^2+0.42746^2),'alpha',0,'offset',-atan(427.46/145));L(4)=Link('revolute','d',0,'a',0,'alpha',pi/2,'offset',atan(427.46/145));L(5)=Link('revolute','d',0.258,'a',0,'alpha',0);Five_dof=SerialLink(L,'name','五轴机器人');Five_dof.base=transl(0,0,0.28);Five_dof.teach;

改进DH建模

参数分别是：（关节类型、第一参数：值，第二参数：值，第三参数：值，建模类型）

其中，注意到offset，他代表着该关节的关节变量，比如旋转关节，那么θ就是offset，θ就不必定义；平移关节，那么d就是offset，d就不必定义；

其他同上。

%%Modified DHL(1)=Link('revolute','d',0,'a',0,'alpha',0,'modified');L(2)=Link('revolute','d',0,'a',0,'alpha',pi/2,'offset',pi/2,'modified');L(3)=Link('revolute','d',0,'a',0.5,'alpha',0,'offset',-atan(427.46/145),'modified');L(4)=Link('revolute','d',0,'a',sqrt(0.145^2+0.42746^2),'alpha',pi/2,'offset',atan(427.46/145),'modified');L(5)=Link('revolute','d',0.258,'a',0,'alpha',pi/2,'modified');Five_dof_mod=SerialLink(L,'name','五轴机器人');Five_dof_mod.base=transl(0,0,0.496);Five_dof_mod.teach;

两份代码展示的结果都应一样：