[发明专利]一种基于UG和MATLAB的多自由度注塑机械臂建模方法

摘要

本发明公开了一种基于UG和MATLAB的多自由度注塑机械臂建模方法，运用UG的结构表达式驱动和MATLAB的link函数分别建立机械臂的结构模型和D‑H模型，将UG接口的全部操作编译成独立的M函数嵌入到MATLAB/Simulink模块的动态系统仿真模型中进行轨迹曲线的拟合。本发明得到在有限空间约束的条件下轨迹连续，关节平滑，末端运动时间较短，满足实际需求的一条理想轨迹通过协同仿真，以结构动力学和控制系统运动学协同仿真相结合为途径，寻求在有限空间约束下机械臂轨迹优化方法，实现了优化后轨迹关节平滑驱动。

主权项

1.一种基于UG和MATLAB的多自由度注塑机械臂建模方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)采用UG对多自由度注塑机械臂建立参数化驱动的模型；(2)建立传递函数为M函数，M函数以机械臂的运动参数与控制参数为输入，以机械臂在有限空间的运动轨迹为输出；(3)通过设定GUI参数和修改传递文件，将M函数传递给UG运用MATLAB Robotics Toolboxlink函数建立机械臂运动学模型，并在MATLAB中建立机械臂控制系统运动学方程；(4)在MATLAB中驱动函数得到机械臂各关节位姿，调用drivebot函数可调节控制界面的滑条转动各关节，观察机械臂在空间中运动的轨迹、范围；(5)将UG作为MATLAB/Simulink中的运动分析计算引擎，实时提供机械臂在当前运动参数和控制参数下的运动分析，根据当前运动情况计算下一时刻机械臂的运动参数和控制参数，将MATLAB/Simulink的控制系统模块嵌入到UG中，在每个时间迭代步，计算机械臂的实时运动参数以确定最优轨迹，在协同仿真模式下，NX和MATLAB/Simulink的仿真条件根据当前系统运行条件解算确定；步骤(3)中，在不考虑摩擦力等外界干扰的作用，机械臂的动力学方程为：式中：D(q)—n×n阶对称正定的惯量矩阵；—n×n阶离心力和哥氏力项；G(q)—重力项，基于M函数的Simulink控制器与机械臂的仿真模型函数关系式为：式中：τ—控制器输出与受控对象输入的关节驱动力矩/力，q—关节的角速度和角位移；q_d—期望关节轨迹的角加速度，角速度和角位移；P＝[P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8]为线性后的参数向量式中：P1＝I1+m1r12+(m2+m3)l12；P2＝I2+m2r22+m3(l1+l2)2；P3＝I3+m3r32；P4＝m2r2l1+m3r3(l1+l2)；P5＝m1r1；P6＝m2r2；P7＝m3r3；P8＝(m2+m3)l1；g—重力加速度。