Robotics Toolbox

Robotics Toolbox是一個用於機械人建模和控制的MATLAB工具箱。 它為用戶提供了用於建立、模擬和控制機械人的函數和工具。

一、 Robotics Toolbox的基本概念

Robotics Toolbox是一個專門用於機械人建模和控制的開源MATLAB工具箱。這個工具箱包括各種函數和工具，可以幫助設計師和研究人員在MATLAB中創建機械人。Robotics Toolbox可以創建機械人的模型，解決機械臂運動方程，計算機械人在空間中的運動，以及執行逆運動學和動力學運算等等。

Robotics Toolbox還包含有一些標準的機械人模型，這些模型可以用來測試機械人算法和控制器的性能。這包括Puma560、Stanford和其他標準機械人模型。

Robotics Toolbox還包括了一個基本的使用指南和教程，以幫助用戶開始使用這個工具箱。

二、 Robotics Toolbox的主要功能

1.機械人建模

Robotics Toolbox提供了一系列函數和工具，可以用於模擬和建立機械人。這些工具包括仿真和可視化工具，可以幫助用戶更好的理解機械人的行為和動作。

以下是Robotics Toolbox中實現的一個簡單機械人模型的構建和可視化的代碼示例：

%定義機械人的機械臂結構
L(1) = Revolute('d',0, 'a',0, 'alpha',0);
L(2) = Revolute('d',0, 'a',0.4318, 'alpha',0);
L(3) = Revolute('d',0.15, 'a',0.0203, 'alpha',-pi/2);
L(4) = Revolute('d',0.4318, 'a',0, 'alpha',pi/2);
L(5) = Revolute('d',0, 'a',0, 'alpha',-pi/2);
L(6) = Revolute('d',0, 'a',0, 'alpha',0);
robot = SerialLink(L, 'name', 'ABB IRB 140');

%定義機械人在空間中的位姿
q = [0 pi/6 pi/6 0 0 0];

%計算機械人模型的轉移矩陣
robot.plot(q,'workspace',[-2 2 -2 2 -2 2]);

2.機械人控制

Robotics Toolbox還提供了一系列函數和工具，可以用於實時控制機械人。這些工具包括逆運動學求解器、PID控制器、LQR控制器等等。

以下是Robotics Toolbox中實現的簡單的PID控制器的代碼示例：

%定義機械人的機械臂結構
L(1) = Revolute('d',0, 'a',0, 'alpha',0);
L(2) = Revolute('d',0, 'a',0.4318, 'alpha',0);
L(3) = Revolute('d',0.15, 'a',0.0203, 'alpha',-pi/2);
L(4) = Revolute('d',0.4318, 'a',0, 'alpha',pi/2);
L(5) = Revolute('d',0, 'a',0, 'alpha',-pi/2);
L(6) = Revolute('d',0, 'a',0, 'alpha',0);
robot = SerialLink(L, 'name', 'ABB IRB 140');

%定義機械人在空間中的位姿
q = [0 pi/6 pi/6 0 0 0];

%定義期望的機械人位姿
q_goal = [0 pi/4 -pi/6 0 0 0];

%定義PID控制器的參數
Kp = 10;
Kd = 5;
Ki = 0.2;

%計算機械人的誤差
error = q_goal - q;

%計算PID控制器的控制量
control = Kp*error + Kd*(error-prev_error) + Ki*sum(error);

%更新機械人模型的位姿
robot.plot(q+control,'workspace',[-2 2 -2 2 -2 2]);

3.機械人運動學和動力學分析

Robotics Toolbox還包括了一些函數和工具，可以用於機械人的運動學和動力學分析。這些工具包括機械人的正運動學、逆運動學、前向動力學和逆向動力學求解器。

以下是Robotics Toolbox中實現的機械人正、逆運動學、動力學分析的代碼示例：

%定義機械人的機械臂結構
L(1) = Revolute('d',0, 'a',0, 'alpha',0);
L(2) = Revolute('d',0, 'a',0.4318, 'alpha',0);
L(3) = Revolute('d',0.15, 'a',0.0203, 'alpha',-pi/2);
L(4) = Revolute('d',0.4318, 'a',0, 'alpha',pi/2);
L(5) = Revolute('d',0, 'a',0, 'alpha',-pi/2);
L(6) = Revolute('d',0, 'a',0, 'alpha',0);
robot = SerialLink(L, 'name', 'ABB IRB 140');

%定義機械人在空間中的初始位姿
q0 = [0 pi/6 pi/6 0 0 0];

%計算機械人的正向運動學
T = robot.fkine(q0);

%計算機械人的逆向運動學
q = robot.ikine(T);

%計算機械人的運動學雅克比矩陣
J = robot.jacob0(q);

%計算機械人的逆向動力學
torques = robot.rne(q,[0 0 0 0 0 0]);

三、Robotics Toolbox的優點和缺點

1.優點

Robotics Toolbox可以通過MATLAB進行編程，提供了各種函數和工具，以幫助研究人員和開發人員更好地進行機械人建模和控制。該工具箱提供了各種機械人模型和控制器。在機械人控制方面，該工具箱提供了一些標準的控制器，如PID控制器和LQR控制器等。在機械人運動學和動力學方面，該工具箱提供了各種求解器，包括正向運動學、逆向運動學、前向動力學和逆向動力學求解器。

2.缺點

Robotics Toolbox是一個基於MATLAB開發的工具箱，因此需要用戶具備一定的MATLAB編程經驗和技能。此外，該工具箱提供的機械人模型和控制器並不一定適用於所有的機械人，因此需要用戶進行一定的修改和調整。