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PUMA560焊接机器人系统仿真

时间：2017-12-01 来源：机器人在线 阅读：11806
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PUMA560焊接机器人系统仿真

经过上文对视觉伺服控制系统的设计，得到了PUMA560焊接机器人的连杆坐标系模型、机器人的正、逆运动学的数学模型和视觉伺服控制器。本节我们使用MATLAB中的Simulink模块进行PUMA560焊接机器人的运动仿真。
MATLAE_ Robotic_ Toolbox_ v9.8是一个经典的机器人工具箱，它在机器人学习研究领域应用很广，其中的可视化仿真使得学习抽象的机器人学变得相对直观、易于理解。
MATLAE Robotic_ Toolbox_ v9.8给出了PUMA560机器人的基础模型，根据实际需要，我们可以根据基础模型搭建理想的PUMA560机器人模型。如图4.7是PUMA560模型在MATLAB中的中的三维直观效果图。
 
在做基于位置的视觉控制系统仿真时，为了调试方便以及更直观清楚的了解此控制系统的性能，我们直接输入由三维重建得到的空间轨迹曲线作为期望轨迹曲线，PBVS系统仿真模型如图4.8。其中，fkine模块用来对PUMA560焊接机器人的正运动学进行求解，xyz2T能够将三维笛卡尔空间的位置信息转化成一个标准的4x4位姿矩阵，以使仿真系统中的数据形式一样，这两个模块等效表示双目摄像机的功能，从而在仿真系统中实现视觉伺服效果;Subsystem是一个封装模块，其中包含雅克比矩阵的求解模型和偏差控制器，它的输出是6x1维的各关节角度信息矩阵，T2xyz与xyz2T作用相反，是将位姿矩阵中的位置信息转换成三维笛卡尔空间信息，这样就可以通过Save data to workspace命令将x, y, z的数据传输至MATLAB工作空间中，然后通过调用工作空间中的数据结构体进行结果分析，以方便后期处理分析。其中控制器中的PID参数为上节优化后的参数，即彻=-40,ki=0.132，kd=-0.025。
 
在仿真之前，我们还必须确定PUMA560焊接机器人的工作空间，以免在仿真时出现机器人不可到达的位置，导致仿真出现错误的结果甚至挂起。在MATLAE_ Robotic_ Toolbox_ v9.8工具箱的基础上，根据PUMA560焊接机器人参数编写m文件，运行就可以得到PUMA560焊接机器人的工作空间，在MATLAE中的效果图如下图。
 
在确定PUMA560焊接机器人的工作空间后，我们就可以设计合理有效的期望轨迹。我们在此基础上做了一组对比仿真试验，即分别加入比例控制器和视觉伺服控制器的两个仿真，仿真结果如图4.10.
 
4.5本章小结
本章系统的介绍了视觉伺服控制系统的设计过程。并针对PUMA560焊接机器人设计了视觉伺服控制器并在Simulinl中进行仿真，仿真结果非常理想，达到了期望目标。主要工作内容如下:
1)讨论了视觉伺服控制结构原理和特点，根据焊接机器人的工作特点，最终选择了PBVS作为本论文的视觉伺服控制;
2)围绕PBVS的各个参数要求，搭建了PUMA560焊接机器人的连杆结构模型，给出了PUMA560焊接机器人的正、逆运动学的解。同时利用Simulink模块和优化工具箱求得视觉伺服控制器中的PID控制器参数;
3)在MATLAB中的Simulinl平台上使用Matlab_obotices_Toolbox_v9.8工具箱搭建PUMA560焊接机器人的视觉伺服控制系统模型，根据其工作空间给定期望轨迹对系统进行仿真。
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