英璐+富澤

摘要：文章首先分析了基于MATLAB技術(shù)所設(shè)計(jì)的機(jī)器人手臂結(jié)構(gòu)，從主要功能實(shí)現(xiàn)區(qū)域來開展，在此基礎(chǔ)上探討相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)的力學(xué)原理基礎(chǔ)，并對(duì)MATLAB技術(shù)應(yīng)用中的算法驗(yàn)證進(jìn)行詳細(xì)探討規(guī)劃，以便達(dá)到最理想的使用效果，在機(jī)器人手臂功能上也能得到完善，提升手臂運(yùn)動(dòng)精準(zhǔn)度。

關(guān)鍵詞：MATLAB；機(jī)器人手臂；運(yùn)動(dòng)仿真

1、基于MATLAB機(jī)器人的手臂結(jié)構(gòu)

機(jī)器人仿真手臂運(yùn)動(dòng)中，組成結(jié)構(gòu)傳感器結(jié)構(gòu)，感應(yīng)器裝置、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)以及控制模塊，在使用中這幾個(gè)模塊相互配合，將所探測(cè)得到的信息向總控制模塊反映，從而實(shí)現(xiàn)控制能力提升，幫助機(jī)器人仿真手臂實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能。對(duì)于不同領(lǐng)域所使用的機(jī)器人，仿真手臂結(jié)構(gòu)組成也有很大差異性，要掌握這一差異性，進(jìn)行更系統(tǒng)化的控制，各個(gè)控制區(qū)域之間也是需要?jiǎng)澐滞晟频?。一些功能需求中，?huì)要求機(jī)器人手臂主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中所需要的功能，在該手臂運(yùn)動(dòng)中，控制系統(tǒng)則是需要功能實(shí)現(xiàn)模塊。特殊使用需求的機(jī)器人手臂會(huì)安裝固定裝置，將機(jī)器人仿真手臂所抓到的貨物牢牢固定，以免在傳輸過程中出現(xiàn)掉落損壞問題，各個(gè)結(jié)構(gòu)模塊共同組成了功能系統(tǒng)，達(dá)到機(jī)器人使用需求，配合其他功能共同服務(wù)生產(chǎn)需求。

2、機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)力學(xué)原理

機(jī)器人手臂中所含有的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，在使用過程中會(huì)根據(jù)控制指令來旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到手臂的運(yùn)動(dòng)效果，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)能運(yùn)動(dòng)是采用串聯(lián)控制方法來實(shí)現(xiàn)的，這樣在使用中也能達(dá)到最佳控制效果。手臂運(yùn)動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的過程，不但需要機(jī)械動(dòng)能供應(yīng)，更需要在運(yùn)動(dòng)中借助力學(xué)原理，來實(shí)現(xiàn)對(duì)手臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制。圖1中的機(jī)器人手臂，該手臂在功能上已經(jīng)十分完善，可以靈活的抓住貨物，運(yùn)動(dòng)范圍也更靈活便于控制。

整個(gè)手臂在力學(xué)控制原理中，是分段進(jìn)行的，每一個(gè)手臂結(jié)構(gòu)都會(huì)在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸控制下使用，根據(jù)控制指令以及使用需求來進(jìn)行調(diào)整，各個(gè)旋轉(zhuǎn)軸處于不用運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，機(jī)器人手臂也能隨之運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，做出控制信息中要求的動(dòng)作。通常情況下機(jī)器人手臂實(shí)現(xiàn)功能，需要與機(jī)器人其他功能模塊相互配合，達(dá)到最佳使用狀態(tài)，并在功能實(shí)現(xiàn)上達(dá)到最佳效果，各個(gè)系統(tǒng)之間的調(diào)節(jié)與配合效果也會(huì)有明顯提升。

3、MATLAB 算法驗(yàn)證及手臂運(yùn)動(dòng)仿真

3.1、仿真環(huán)境構(gòu)建

機(jī)器人手臂實(shí)現(xiàn)仿真功能，首先需要建立一個(gè)仿真環(huán)境，并在仿真環(huán)境內(nèi)不斷完善控制系統(tǒng)與信息傳輸系統(tǒng)，機(jī)器人手臂有固定的仿真運(yùn)行狀態(tài)，這樣才能避免最終的控制功能受到影響。仿真手臂構(gòu)建是在動(dòng)作指令算法基礎(chǔ)上開展的，充分了解當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，來繼續(xù)深入完善控制功能，營(yíng)造出適合機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)的環(huán)境來（見圖2設(shè)計(jì)圖）。動(dòng)作仿真中要求模仿真實(shí)的手臂運(yùn)動(dòng)過程，在功能以及感應(yīng)靈敏度上與之達(dá)成一致，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)探討解決規(guī)劃方法，確保所構(gòu)建的環(huán)境適合機(jī)器人仿真手臂使用，這樣在接下來的算法驗(yàn)證以及功能檢測(cè)中，才能達(dá)到最佳效果，以免影響到整體功能實(shí)現(xiàn)。

3.2、正運(yùn)動(dòng)學(xué)算法驗(yàn)證

采用該種算法驗(yàn)證方法，首先要將機(jī)器人手臂調(diào)整到幾個(gè)特殊的動(dòng)作位置中，觀察機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)中是否可以滿足精準(zhǔn)度需求，在此基礎(chǔ)上配合觀察運(yùn)動(dòng)效果，從綜合控制治理角度進(jìn)行，只有機(jī)器人仿真手臂達(dá)到精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)，其他功能才得以實(shí)現(xiàn)，也意味著機(jī)器人仿真手臂在控制系統(tǒng)上不存在誤差，并且各個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)也均可以實(shí)現(xiàn)功能。只將第一個(gè)關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)在90°，其他的幾個(gè)關(guān)節(jié)控制在0°，檢測(cè)關(guān)節(jié)的配合程度，是否能夠通過自動(dòng)調(diào)節(jié)來使之達(dá)到最佳使用效果。

3.3、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法驗(yàn)證

逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法驗(yàn)證中，首先需要確定一組手臂運(yùn)動(dòng)中的關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)角度，將其錄入到控制的文本框架中，角度依次對(duì)應(yīng)后，觀察機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)是否達(dá)到了規(guī)定的控制形式，將其中運(yùn)動(dòng)與預(yù)期存在差異性的部分進(jìn)行記錄，這樣在檢測(cè)任務(wù)結(jié)束后也可以進(jìn)行更深入的調(diào)節(jié)控制，以免在功能實(shí)現(xiàn)質(zhì)量上受到影響。機(jī)器人手臂仿真運(yùn)動(dòng)檢測(cè)結(jié)果還需要與真實(shí)的手臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)行對(duì)比，確保能夠達(dá)到最佳的控制點(diǎn)，并為后續(xù)控制計(jì)劃打下穩(wěn)定基礎(chǔ)條件，所得到的結(jié)果具有真實(shí)性，那么接下來開展的手臂仿真運(yùn)動(dòng)調(diào)整也不會(huì)因此受到影響，能夠在使用需求標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)科學(xué)開展，進(jìn)而達(dá)到最理想的使用效果。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法驗(yàn)證主要是檢測(cè)機(jī)器人手臂在一些特定環(huán)境下的運(yùn)動(dòng)情況，以便更好的應(yīng)對(duì)使用中所存在的突發(fā)情況。

3.4、手臂運(yùn)動(dòng)仿真檢測(cè)

手臂運(yùn)動(dòng)在仿真檢測(cè)中，會(huì)設(shè)置一些具有代表性的運(yùn)動(dòng)任務(wù)，觀察檢驗(yàn)機(jī)器人手臂的自主完成情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)過程的仿真，手臂運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)相對(duì)比較復(fù)雜的形式，實(shí)現(xiàn)功能也需要從多個(gè)角度來開展，從而實(shí)現(xiàn)手臂運(yùn)動(dòng)的最佳控制效果。檢測(cè)要做出功能與靈敏度兩方面區(qū)分，并從設(shè)計(jì)效果層面來進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)采取技術(shù)性方法調(diào)整，僅僅實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能并不能滿足使用需求，需要從更深入的角度加以調(diào)整控制，確保機(jī)器人手臂可以達(dá)到類似于真實(shí)手臂的使用性能，在精準(zhǔn)度以及控制靈敏度上都會(huì)有明顯提升。

圖2中表現(xiàn)手臂的仿真運(yùn)動(dòng)基本形式，已經(jīng)能夠接近人類手臂的骨關(guān)節(jié)控制，使用中仍然需要對(duì)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)反饋調(diào)節(jié)，使用一段時(shí)間后可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)器人手臂靈敏度下降的情況，需要借助計(jì)算機(jī)軟件來了解并對(duì)其做出調(diào)整。

上述手臂運(yùn)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用還需要進(jìn)行強(qiáng)化調(diào)整，以免在適應(yīng)范圍上出現(xiàn)誤差，對(duì)于一些比較常見的功能使用問題，更要及時(shí)調(diào)整，為機(jī)器人手臂功能實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造可行性。當(dāng)檢測(cè)驗(yàn)證中出現(xiàn)結(jié)果與實(shí)際情況不符合的現(xiàn)象時(shí)，也要及時(shí)的調(diào)整，運(yùn)用MATLAB技術(shù)來構(gòu)建不同功能實(shí)現(xiàn)模塊，在算法上做出優(yōu)化創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)更豐富的功能構(gòu)建形式，通過這種方法來適應(yīng)不同的機(jī)器人手臂使用需求。

結(jié)語：綜上所述，機(jī)器人手臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是手臂軌跡規(guī)劃和精確控制的基礎(chǔ)，而對(duì)于算法正確性的驗(yàn)證則是機(jī)器人手臂執(zhí)行動(dòng)作的必要前提條件。本文針對(duì)工業(yè)機(jī)械臂的缺點(diǎn)，采用模塊化關(guān)節(jié)構(gòu)成機(jī)器人手臂，在分析臂型的基礎(chǔ)上，對(duì)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解的基礎(chǔ)上，對(duì)逆解的分布情況進(jìn)行了分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡蘊(yùn)博. 基于ADAMS和MATLAB的機(jī)器人聯(lián)合運(yùn)動(dòng)仿真[J]. 機(jī)電技術(shù)， 2015（2）：23-27.

[2]王林軍， 陳艷娟， 張東，等. 基于MATLAB與ADAMS的Delta機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析[J]. 中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)， 2016， 37（11）：102-106.endprint