Создайте робота с древовидной структурой
rigidBodyTree представление возможности соединения твердых тел с соединениями. Используйте этот класс, чтобы создать модели манипулятора робота в MATLAB®. Если у вас есть заданное использование модели робота Объединенного формата описания робота (URDF), используйте importrobot импортировать вашу модель робота.
Модель дерева твердого тела составлена из твердых тел как RigidBody объекты. Каждое твердое тело имеет rigidBodyJoint объект сопоставил с ним, который задает, как это может переместиться относительно его вышестоящей инстанции. Используйте setFixedTransform задавать фиксированное преобразование между системой координат соединения и системой координат одного из смежных тел. Можно добавить, заменить или удалить твердые тела из модели с помощью методов RigidBodyTree класс.
Вычисления динамики робота также возможны. Задайте Mass, CenterOfMass, и Inertia свойства для каждого rigidBody в модели робота. Можно вычислить вперед и обратная динамика с или без внешних сил и вычислить количества динамики, данные совместные движения робота, и соединить входные параметры. Чтобы использовать связанные с динамикой функции, установите DataFormat свойство к "row" или "column".
Для данной модели дерева твердого тела можно также использовать модель робота, чтобы вычислить углы поворота шарнира для желаемых положений исполнительного элемента конца с помощью алгоритмов инверсной кинематики робототехники. Задайте свою модель дерева твердого тела при использовании inverseKinematics или generalizedInverseKinematics.
show метод поддерживает визуализацию сеток тела. Сетки заданы как .stl файлы и могут быть добавлены к отдельным твердым телам с помощью addVisual. Кроме того, по умолчанию, importrobot функционируйте загружает весь доступный .stl файлы заданы в вашей модели робота URDF.
robot = rigidBodyTreeaddBody.
robot = rigidBodyTree("MaxNumBodies",N,"DataFormat",dataFormat)DataFormat свойство как пара "имя-значение".
addBody | Добавьте тело в робота |
addSubtree | Добавьте поддерево в робота |
centerOfMass | Положение центра масс и якобиан |
copy | Скопируйте модель робота |
externalForce | Составьте матрицу внешних сил относительно базы |
forwardDynamics | Ускорения соединений по данным моментов в соединениях и состояний |
geometricJacobian | Геометрический якобиан для настройки робота |
gravityTorque | Моменты в соединениях, которые компенсируют силу тяжести |
getBody | Получите указатель корпуса робота по наименованию |
getTransform | Получите преобразование между системами координат тела |
homeConfiguration | Верните конфигурацию робота по умолчанию |
inverseDynamics | Необходимые усилия в соединениях для данного движения |
massMatrix | Матрица масс пространства соединений |
randomConfiguration | Сгенерируйте случайную настройку робота |
removeBody | Удалите тело из робота |
replaceBody | Замените тело на роботе |
replaceJoint | Соединение замены на теле |
show | Показать модель робота на графике |
showdetails | Покажите детали модели робота |
subtree | Создайте поддерево из модели робота |
velocityProduct | Объединенные крутящие моменты та отмена вызванные скоростью силы |
Добавьте твердое тело и соответствующее соединение к дереву твердого тела. Каждый rigidBody объект содержит rigidBodyJoint возразите и должен быть добавлен к rigidBodyTree использование addBody.
Создайте дерево твердого тела.
rbtree = rigidBodyTree;
Создайте твердое тело с уникальным именем.
body1 = rigidBody('b1');Создайте шарнирное соединение. По умолчанию, rigidBody объект идет с фиксированным соединением. Замените соединение путем присвоения нового rigidBodyJoint возразите против body1.Joint свойство.
jnt1 = rigidBodyJoint('jnt1','revolute'); body1.Joint = jnt1;
Добавьте твердое тело в дерево. Задайте имя тела, к которому вы присоединяете твердое тело. Поскольку это - первое тело, используйте базовое имя дерева.
basename = rbtree.BaseName; addBody(rbtree,body1,basename)
Используйте showdetails на дереве, чтобы подтвердить твердое тело и соединение были добавлены правильно.
showdetails(rbtree)
-------------------- Robot: (1 bodies) Idx Body Name Joint Name Joint Type Parent Name(Idx) Children Name(s) --- --------- ---------- ---------- ---------------- ---------------- 1 b1 jnt1 revolute base(0) --------------------
Используйте параметры Denavit-Hartenberg (DH) робота Puma560®, чтобы создать робота. Каждое твердое тело добавляется по одному, с дочерним элементом к родительскому элементу преобразовывают заданный объединенным объектом.
Параметры DH задают геометрию робота с отношением к тому, как каждое твердое тело присоединено к своему родительскому элементу. Для удобства установите параметры для робота Puma560 в матрице. Робот Пумы является последовательным цепочечным манипулятором. Параметры DH относительно предыдущей линии в матрице, соответствуя предыдущему объединенному прикреплению.
dhparams = [0 pi/2 0 0;
0.4318 0 0 0
0.0203 -pi/2 0.15005 0;
0 pi/2 0.4318 0;
0 -pi/2 0 0;
0 0 0 0];Создайте объект дерева твердого тела создать робота.
robot = rigidBodyTree;
Создайте первое твердое тело и добавьте его в робота. Добавить твердое тело:
Создайте rigidBody возразите и дайте ему уникальное имя.
Создайте rigidBodyJoint возразите и дайте ему уникальное имя.
Используйте setFixedTransform задавать преобразование от тела к телу с помощью параметров DH. Последний элемент параметров DH, theta, проигнорирован, потому что угол зависит от объединенного положения.
Вызовите addBody присоединить первый сустав к базовой системе координат робота.
body1 = rigidBody('body1'); jnt1 = rigidBodyJoint('jnt1','revolute'); setFixedTransform(jnt1,dhparams(1,:),'dh'); body1.Joint = jnt1; addBody(robot,body1,'base')
Создайте и добавьте другие твердые тела в робота. Задайте предыдущее имя тела при вызове addBody присоединить его. Каждое фиксированное преобразование относительно предыдущей объединенной координатной системы координат.
body2 = rigidBody('body2'); jnt2 = rigidBodyJoint('jnt2','revolute'); body3 = rigidBody('body3'); jnt3 = rigidBodyJoint('jnt3','revolute'); body4 = rigidBody('body4'); jnt4 = rigidBodyJoint('jnt4','revolute'); body5 = rigidBody('body5'); jnt5 = rigidBodyJoint('jnt5','revolute'); body6 = rigidBody('body6'); jnt6 = rigidBodyJoint('jnt6','revolute'); setFixedTransform(jnt2,dhparams(2,:),'dh'); setFixedTransform(jnt3,dhparams(3,:),'dh'); setFixedTransform(jnt4,dhparams(4,:),'dh'); setFixedTransform(jnt5,dhparams(5,:),'dh'); setFixedTransform(jnt6,dhparams(6,:),'dh'); body2.Joint = jnt2; body3.Joint = jnt3; body4.Joint = jnt4; body5.Joint = jnt5; body6.Joint = jnt6; addBody(robot,body2,'body1') addBody(robot,body3,'body2') addBody(robot,body4,'body3') addBody(robot,body5,'body4') addBody(robot,body6,'body5')
Проверьте, что ваш робот был создан правильно при помощи showdetails или show функция. showdetails списки все тела в командном окне MATLAB®. show отображает робота с данной настройкой (домой по умолчанию). Вызовы axis измените пределы по осям и скройте подписи по осям.
showdetails(robot)
-------------------- Robot: (6 bodies) Idx Body Name Joint Name Joint Type Parent Name(Idx) Children Name(s) --- --------- ---------- ---------- ---------------- ---------------- 1 body1 jnt1 revolute base(0) body2(2) 2 body2 jnt2 revolute body1(1) body3(3) 3 body3 jnt3 revolute body2(2) body4(4) 4 body4 jnt4 revolute body3(3) body5(5) 5 body5 jnt5 revolute body4(4) body6(6) 6 body6 jnt6 revolute body5(5) --------------------
show(robot);
axis([-0.5,0.5,-0.5,0.5,-0.5,0.5])
axis off
Внесите изменения в существующий rigidBodyTree объект. Можно получить соединения замены, тела и поддеревья в дереве твердого тела.
Загрузите роботов в качестве примера как rigidBodyTree объекты.
load exampleRobots.matПосмотрите детали робота Пумы с помощью showdetails.
showdetails(puma1)
-------------------- Robot: (6 bodies) Idx Body Name Joint Name Joint Type Parent Name(Idx) Children Name(s) --- --------- ---------- ---------- ---------------- ---------------- 1 L1 jnt1 revolute base(0) L2(2) 2 L2 jnt2 revolute L1(1) L3(3) 3 L3 jnt3 revolute L2(2) L4(4) 4 L4 jnt4 revolute L3(3) L5(5) 5 L5 jnt5 revolute L4(4) L6(6) 6 L6 jnt6 revolute L5(5) --------------------
Заставьте определенное тело смотреть свойства. Единственный дочерний элемент L3 телом является L4 тело. Можно скопировать определенное тело также.
body3 = getBody(puma1,'L3');
childBody = body3.Children{1}childBody =
rigidBody with properties:
Name: 'L4'
Joint: [1x1 rigidBodyJoint]
Mass: 1
CenterOfMass: [0 0 0]
Inertia: [1 1 1 0 0 0]
Parent: [1x1 rigidBody]
Children: {[1x1 rigidBody]}
Visuals: {}
body3Copy = copy(body3);
Замените соединение на L3 тело. Необходимо создать новый Joint объект и использование replaceJoint гарантировать нисходящую геометрию тела незатронуто. Вызовите setFixedTransform при необходимости задавать преобразование между телами вместо с единичными матрицами по умолчанию.
newJoint = rigidBodyJoint('prismatic'); replaceJoint(puma1,'L3',newJoint); showdetails(puma1)
-------------------- Robot: (6 bodies) Idx Body Name Joint Name Joint Type Parent Name(Idx) Children Name(s) --- --------- ---------- ---------- ---------------- ---------------- 1 L1 jnt1 revolute base(0) L2(2) 2 L2 jnt2 revolute L1(1) L3(3) 3 L3 prismatic fixed L2(2) L4(4) 4 L4 jnt4 revolute L3(3) L5(5) 5 L5 jnt5 revolute L4(4) L6(6) 6 L6 jnt6 revolute L5(5) --------------------
Удалите целое тело и получите получившееся поддерево с помощью removeBody. Удаленное тело включено в поддерево.
subtree = removeBody(puma1,'L4')subtree =
rigidBodyTree with properties:
NumBodies: 3
Bodies: {[1x1 rigidBody] [1x1 rigidBody] [1x1 rigidBody]}
Base: [1x1 rigidBody]
BodyNames: {'L4' 'L5' 'L6'}
BaseName: 'L3'
Gravity: [0 0 0]
DataFormat: 'struct'
Удалите модифицированный L3 тело. Добавьте исходный скопированный L3 тело к L2 тело, сопровождаемое возвращенным поддеревом. Модель робота остается то же самое. Смотрите подробное сравнение через showdetails.
removeBody(puma1,'L3'); addBody(puma1,body3Copy,'L2') addSubtree(puma1,'L3',subtree) showdetails(puma1)
-------------------- Robot: (6 bodies) Idx Body Name Joint Name Joint Type Parent Name(Idx) Children Name(s) --- --------- ---------- ---------- ---------------- ---------------- 1 L1 jnt1 revolute base(0) L2(2) 2 L2 jnt2 revolute L1(1) L3(3) 3 L3 jnt3 revolute L2(2) L4(4) 4 L4 jnt4 revolute L3(3) L5(5) 5 L5 jnt5 revolute L4(4) L6(6) 6 L6 jnt6 revolute L5(5) --------------------
Чтобы использовать функции динамики, чтобы вычислить объединенные крутящие моменты и ускорения, задайте свойства динамики для rigidBodyTree объект и rigidBody.
Создайте модель дерева твердого тела. Создайте два твердых тела, чтобы присоединить к нему.
robot = rigidBodyTree('DataFormat','row'); body1 = rigidBody('body1'); body2 = rigidBody('body2');
Задайте соединения, чтобы присоединить к телам. Установите фиксированное преобразование body2 к body1. Это преобразование составляет 1 м в направлении X.
joint1 = rigidBodyJoint('joint1','revolute'); joint2 = rigidBodyJoint('joint2'); setFixedTransform(joint2,trvec2tform([1 0 0])) body1.Joint = joint1; body2.Joint = joint2;
Задайте свойства динамики для этих двух тел. Добавьте тела в модель робота. В данном примере основные значения для стержня (body1) с присоединенной сферической массой (body2) даны.
body1.Mass = 2; body1.CenterOfMass = [0.5 0 0]; body1.Inertia = [0.001 0.67 0.67 0 0 0]; body2.Mass = 1; body2.CenterOfMass = [0 0 0]; body2.Inertia = 0.0001*[4 4 4 0 0 0]; addBody(robot,body1,'base'); addBody(robot,body2,'body1');
Вычислите центр массового положения целого робота. Постройте позицию по роботу. Переместите представление в xy плоскость.
comPos = centerOfMass(robot); show(robot); hold on plot(comPos(1),comPos(2),'or') view(2)
Измените массу второго тела. Заметьте изменение в центре массы.
body2.Mass = 20; replaceBody(robot,'body2',body2) comPos2 = centerOfMass(robot); plot(comPos2(1),comPos2(2),'*g') hold off
Вычислите результирующие объединенные ускорения для данной настройки робота с прикладывавшими внешними силами, и обеспечивает из-за силы тяжести. Ключ применяется к определенному телу с силой тяжести, задаваемой для целого робота.
Загрузите предопределенную модель робота LBR KUKA, которая задана как RigidBodyTree объект.
load exampleRobots.mat lbr
Установите формат данных на 'row'. Для всех вычислений динамики форматом данных должен быть любой 'row' или 'column'.
lbr.DataFormat = 'row';Установите силу тяжести. По умолчанию сила тяжести принята, чтобы быть нулем.
lbr.Gravity = [0 0 -9.81];
Получите домашнюю настройку для lbr робот.
q = homeConfiguration(lbr);
Задайте вектор ключа, который представляет внешние силы, испытанные роботом. Используйте externalForce функция, чтобы сгенерировать внешнюю матрицу силы. Задайте модель робота, исполнительный элемент конца, который испытывает ключ, вектор ключа и текущую настройку робота. wrench дан относительно 'tool0' система координат тела, которая требует, чтобы вы задали настройку робота, q.
wrench = [0 0 0.5 0 0 0.3];
fext = externalForce(lbr,'tool0',wrench,q);Вычислите результирующие объединенные ускорения из-за силы тяжести с внешней силой, к которой применяются исполнительный элемент конца 'tool0' когда lbr в его домашней настройке. Объединенные скорости и объединенные крутящие моменты приняты, чтобы быть нулем (вход как пустой вектор []).
qddot = forwardDynamics(lbr,q,[],[],fext);
Используйте inverseDynamics функция, чтобы вычислить необходимое соединение закручивает, чтобы статически содержать определенную настройку робота. Можно также задать объединенные скорости, объединенные ускорения и внешние силы, использующие другие синтаксисы.
Загрузите предопределенную модель робота LBR KUKA, которая задана как RigidBodyTree объект.
load exampleRobots.mat lbr
Установите формат данных на 'row'. Для всех вычислений динамики форматом данных должен быть любой 'row' или 'column'.
lbr.DataFormat = 'row';Установите Gravity свойство дать определенное гравитационное ускорение.
lbr.Gravity = [0 0 -9.81];
Сгенерируйте случайную настройку для lbr.
q = randomConfiguration(lbr);
Вычислите необходимые объединенные крутящие моменты для lbr статически содержать ту настройку.
tau = inverseDynamics(lbr,q);
Используйте externalForce функция, чтобы сгенерировать матрицы силы, чтобы примениться к модели дерева твердого тела. Матрица силы является m-6 вектором, который ссорится для каждого соединения на роботе, чтобы применить ключ с шестью элементами. Используйте externalForce функционируйте и задайте исполнительный элемент конца, чтобы правильно присвоить ключ правильной строке матрицы. Можно добавить, что несколько спрессовывают матрицы, чтобы прикладывать несколько сил к одному роботу.
Чтобы вычислить объединенные крутящие моменты, которые противостоят этим внешним силам, используйте inverseDynamics функция.
Загрузите предопределенную модель робота LBR KUKA, которая задана как RigidBodyTree объект.
load exampleRobots.mat lbr
Установите формат данных на 'row'. Для всех вычислений динамики форматом данных должен быть любой 'row' или 'column'.
lbr.DataFormat = 'row';Установите Gravity свойство дать определенное гравитационное ускорение.
lbr.Gravity = [0 0 -9.81];
Получите домашнюю настройку для lbr.
q = homeConfiguration(lbr);
Установите внешнюю силу на link1. Входной вектор ключа выражается в базовой системе координат.
fext1 = externalForce(lbr,'link_1',[0 0 0.0 0.1 0 0]);Установите внешнюю силу на исполнительном элементе конца, tool0. Входной вектор ключа выражается в tool0 система координат.
fext2 = externalForce(lbr,'tool0',[0 0 0.0 0.1 0 0],q);Вычислите объединенные крутящие моменты, требуемые сбалансировать внешние силы. Чтобы объединить силы, добавьте матрицы силы вместе. Объединенные скорости и ускорения приняты, чтобы быть нулем (вход как []).
tau = inverseDynamics(lbr,q,[],[],fext1+fext2);
Можно импортировать роботов, которые имеют .stl файлы, сопоставленные с файлом Объединенного формата описания робота (URDF), чтобы описать визуальные конфигурации робота. Каждое твердое тело имеет отдельную визуальную заданную геометрию. importrobot функционируйте анализирует файл URDF, чтобы получить робота и визуальные конфигурации модели. Используйте show функция, чтобы визуализировать модель робота в фигуре. Можно затем взаимодействовать с моделью путем нажатия на компоненты, чтобы смотреть их и щелчка правой кнопкой, чтобы переключить видимость.
Импортируйте модель робота как файл URDF. .stl расположение файлов должно быть правильно задано в этом URDF. Добавить другой .stl файлы к отдельным твердым телам, смотрите addVisual.
robot = importrobot('iiwa14.urdf');Визуализируйте робота со связанной визуальной моделью. Кликните по телам или системам координат, чтобы смотреть их. Щелкните правой кнопкой по телам, чтобы переключить видимость для каждой визуальной геометрии.
show(robot);
[1] Крэйг, Джон Дж. Введение в робототехнику: механика и управление. Чтение, MA: Аддисон-Уэсли, 1989.
[2] Siciliano, Бруно, Лоренсо Ссиавикко, Луиджи Виллани и Джузеппе Ориоло. Робототехника: моделирование, планируя и управляет. Лондон: Спрингер, 2009.
generalizedInverseKinematics | importrobot | inverseKinematics | rigidBody | rigidBodyJoint