机械臂动力学建模（1）- 建立机器人模型

机械臂

我使用的aubo的i5机械臂作为实验目标，也是用i5的D-H参数进行建模，前期使用matlab机器人工具箱进行仿真，熟悉机械臂的运动学算法，之后再在实际的机械臂上实验。

参考资料

我使用的是matliab机器人工具箱，具体的一些功能和操作可以参考：
清华大学出版社的《机器人仿真与编程技术》一书
以及我之前关于matlab机器人工具箱的7篇博文：
链接: 第一篇.等

建模

D-H参数

首先我们找到aubo_i5的D-H参数：

主要的参数d与a存入到matlab变量中

d1 = 0.122
d2 = 0.1215
a2 = 0.408
a3 = 0.376
d5 = 0.1025
d6 = 0.094

建关节

先熟悉Link：

>> Link
 
ans = 
Revolute(std): theta=q, d=0, a=0, alpha=0, offset=0

根据D-H参数建立6个关节：

L(1)=Link([pi,d1,0,0],'modified')
L(2)=Link([-pi/2,d2,0,-pi/2],'modified')
L(3)=Link([0,0,a2,pi],'modified')
L(4)=Link([-pi/2,0,a3,pi],'modified')
L(5)=Link([0,d5,0,-pi/2],'modified')
L(6)=Link([0,d6,0,pi/2],'modified')

建立机器人

robot =SerialLink(L,'name','aubo_i5')

求初始机械臂状态，并显示

T = robot.fkine([0 0 0 0 0 0 ])
title("T")
robot.plot([0 0 0 0 0 0 ])

效果图：
并且末端位姿为：

T = 
         1         0         0     0.784
         0         0         1    0.2155
         0        -1         0    0.0195
         0         0         0         1

改进

但是到这里，我发现末端的姿态并不对，位置信息中x轴信息（0.784）不应该存在。机械臂各个Link中的theta似乎没有其作用。我自己尝试在定义Link的时候改变theta值，发现确实不起作用，只有在fkine求运动学正解的时候赋值（pi,-pi/2,0,-pi/2,0, 0）才会改变theta：

末端姿态也变成：

T = 
         1         0         0         0
         0         0        -1   -0.2155
         0         1         0     1.008
         0         0         0         1

这会带来一个问题，实际电机的零位和模型零位不一致。看了Link的定义，发现theta的初始化受到offset的影响，除了前面的4个参数theta, d, a, alpha。第五个是关节类型，0为旋转，第六个就是offset，所以改变定义link的方式：

L(1)=Link([pi,d1,0,0,0,pi],'modified')
L(2)=Link([pi/2,d2,0,-pi/2,0,-pi/2],'modified',-pi/2)
L(3)=Link([0,0,a2,pi],'modified')
L(4)=Link([0,0,a3,pi,0,-pi/2],'modified',-pi/2)
L(5)=Link([0,d5,0,-pi/2],'modified')
L(6)=Link([0,d6,0,pi/2],'modified')

使得Link的参数变为：

robot = 
 
aubo_i5:: 6 axis, RRRRRR, modDH, slowRNE                         
+---+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+
| j |     theta |         d |         a |     alpha |    offset |
+---+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+
|  1|         q1|      0.122|          0|          0|    3.14159|
|  2|         q2|     0.1215|          0|    -1.5708|    -1.5708|
|  3|         q3|          0|      0.408|    3.14159|          0|
|  4|         q4|          0|      0.376|    3.14159|    -1.5708|
|  5|         q5|     0.1025|          0|    -1.5708|          0|
|  6|         q6|      0.094|          0|     1.5708|          0|
+---+-----------+-----------+-----------+-----------+-----------+

此时各个关节为0时，末端的位姿为：

T = 
         1         0         0         0
         0         0        -1   -0.2155
         0         1         0     1.008
         0         0         0         1

至此初步建机器人模型成功

另一种建模

matlab可以直接读取URDF文件进行建模：

robot = importrobot('aubo_i5.urdf')
show(robot )

aubo的urdf模型和模型文件在git上：
链接: aubo_description.
在aubo_robot/aubo_description/里面有urdf和模型文件，如果用matlab读取urdf，需要把urdf中mesh filename属性修改，指到本地存mesh文件的地方。
修改后运行：
具体的可以看我matlab工具箱的第8篇文章
链接: 通过URDF建立机器人模型.