matlab 中robatics工具包的inverse kinematics指令

admin管理员组

文章数量:1531663

2023年12月18日发(作者：)

MATLAB中Robotics工具包的Inverse Kinematics指令

1. 简介

在机器人学中，逆运动学是一个重要的问题。它涉及到根据机器人末端执行器的位置和姿态，计算出使得末端执行器达到所需位置和姿态的关节角度。MATLAB提供了一个强大的工具包——Robotics System Toolbox，其中包含了许多用于机器人运动学和逆运动学分析的函数和类。本文将重点介绍该工具包中的Inverse

Kinematics指令。

2. Robotics System Toolbox简介

Robotics System Toolbox是MATLAB中专门用于机器人建模、仿真和控制的一个工具箱。它提供了一系列函数、类和工具，方便用户进行机器人相关任务的开发和研究。其中，Inverse Kinematics指令是该工具箱中一个非常有用且常用的功能。

3. Inverse Kinematics（逆运动学）

逆运动学是机器人学中的一个重要问题。在许多应用中，我们需要控制机器人末端执行器（如手臂、夹爪等）达到特定位置和姿态。而逆运动学就是根据末端执行器所需位置和姿态，计算出使得机械臂关节角度满足要求的问题。

4. Inverse Kinematics指令

在MATLAB的Robotics System Toolbox中，提供了一个方便的函数来解决逆运动学问题。该函数是inverseKinematics，使用该函数可以实现对机器人关节角度的逆运动学求解。

4.1 函数语法

ik = inverseKinematics('RigidBodyTree')

其中，’RigidBodyTree’是一个机器人模型对象，用于描述机器人的结构和关节参数。

4.2 参数说明

•

'RigidBodyTree'：一个由Robotics System Toolbox提供的机器人模型对象。该对象包含了机器人的结构、关节参数等信息。

4.3 返回值

•

ik：逆运动学求解对象。可以通过该对象调用其他相关函数进行逆运动学求解。

5. 使用Inverse Kinematics指令求解逆运动学问题

5.1 创建机器人模型对象

首先，我们需要创建一个机器人模型对象。在Robotics System Toolbox中，可以使用rigidBodyTree函数来创建一个基于刚体的机器人模型。

robot = rigidBodyTree;

5.2 添加刚体和关节

接下来，我们需要向机器人模型中添加刚体和关节。这些刚体和关节描述了机械臂的结构和连接方式。

body = rigidBody('body');

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

setFixedTransform(joint, trvec2tform([0 0 1]));

% 设置关节的初始变换

xis = [0 0 1];

% 设置关节的旋转轴

onLimits = [-pi pi];

% 设置关节的角度限制

= joint;

addBody(robot, body, 'base');

5.3 配置逆运动学求解器

在进行逆运动学求解之前，我们需要配置逆运动学求解器。可以使用inverseKinematics函数创建一个逆运动学对象，并设置相关参数。

ik = inverseKinematics('RigidBodyTree', robot);

5.4 求解逆运动学问题

现在，我们可以使用逆运动学对象来求解逆运动学问题了。假设我们希望机械臂末端执行器达到目标位置和姿态（由位姿矩阵描述），可以使用ik对象的ik('endEffector', T)函数进行求解。

T = [1 0 0 1;

0 1 0 2;

0 0 -1 3;

0 0 0 1];

% 目标位姿矩阵

[q, solutionInfo] = ik('endEffector', T);

其中，q是一个列向量，包含了机械臂各个关节的角度。solutionInfo是一个结构体，包含了逆运动学求解的相关信息。

5.5 处理多解和奇异解

在某些情况下，逆运动学问题可能存在多个解或奇异解。可以通过设置逆运动学对象的属性来处理这些情况。

andomRestart = false;

% 禁用随机重启以获得唯一解

onTolerance = 1e-6;

% 设置求解精度

[q, solutionInfo] = ik('endEffector', T);

5.6 可视化结果

为了更直观地理解逆运动学求解的结果，我们可以使用Robotics System Toolbox提供的可视化工具来显示机械臂的姿态。

show(robot, q);

6. 总结

本文介绍了MATLAB中Robotics System Toolbox中的Inverse Kinematics指令。通过该指令，我们可以方便地进行机器人关节角度的逆运动学求解。首先，我们需要创建一个机器人模型对象，并添加刚体和关节。然后，配置逆运动学求解器，并使用逆运动学对象进行求解。最后，我们还介绍了如何处理多解和奇异解，并展示了如何可视化结果。

希望本文能够帮助读者理解和使用MATLAB中Robotics System Toolbox的Inverse Kinematics指令，从而更好地进行机器人逆运动学分析和控制。

本文标签： 运动学机器人关节对象求解