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聯(lián)合仿真

Matlab和SW聯(lián)合進行Delta機器人建模仿真，把SW模型導(dǎo)入Matlab中，生成仿真模型。
首先，根據(jù)Matlab版本下載Simscape Multibody Link安裝文件，例如本次設(shè)計我下載的便是smlink.r2019a.zip與install_addon.m文件。
之后，用管理員權(quán)限打開Matlab，工作空間定位剛下載兩個安裝文件的位置；在命令行窗口中輸入install_addon（'smlink.r2019a.win64.zip'），進行解壓安裝文件，回車鍵確定；繼續(xù)在命令行界面中輸入regMatlabserver，回車鍵確認。
最后，激活Matlab和SolidWorks的接口，在命令行窗口界面輸入smlink_linksw，回車鍵確認，彈出連接成功的窗口，完成在Matlab中的配置。
圖4.10 導(dǎo)入成功文件列表

圖4.11 Simulink建立的Delta機器人模型

SW軟件自動可以搜索電腦的接口文件，打開SW軟件，Tools-Add-Ins-other Add-ins-Simscape Multibody Link打上勾并確認。選擇Tools-Simscape Multibody Link-Export-Simscape Multibody選一個文件位置執(zhí)行完成?；氐組atlab，工作空間定位到導(dǎo)入模型并存有xml文件的文件的位置。在命令行窗口輸入smimport（'裝配體.xml'），等待執(zhí)行結(jié)果，如圖4.10所示，彈出Simulink頁面，并且生成派生的文件Delta機器人的機械模型已經(jīng)轉(zhuǎn)成了Simulink模型直接顯示了出來，運行顯示導(dǎo)入模型如圖4.11所示，為導(dǎo)入成功的Delta機器人模型。下次打開只需要運行派生文件x_1_DataFile.m，即初始化導(dǎo)入模型的參數(shù)，之后便直接可以在Simulink中運行，實現(xiàn)模型建立和仿真。至此，聯(lián)合建模成功，下面對Delta機器人進行動作仿真。
圖4.12 Delta機器人仿真設(shè)計模塊

如圖4.12所示，是在Simulink中設(shè)計的仿真模塊，如圖4.13所示的Delta機器人仿真運行界面，實現(xiàn)下抓、上抬動作的仿真。下面Delta機器人仿真動作的設(shè)計步驟。
第一步，運行派生的m文件，初始仿真參數(shù)；
第二步，在求解器中，建立世界坐標(biāo)系，在Y軸方向設(shè)置重力，線性代數(shù)方式配置為自動，選取時間為基準的方程公式；
第三步，上板、主動臂的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，采用任意軸的旋轉(zhuǎn)方式，笛卡爾的偏量平移方式，其中軸的選取、旋轉(zhuǎn)的角度、笛卡爾偏移量等參數(shù)具體數(shù)值使用的是派生文件初始化的數(shù)值；
第四步，顯示上板、主動臂實體模型；
第五步，把轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動角度設(shè)置為180度，經(jīng)過計算調(diào)試，設(shè)計各個連桿的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)；
第六步，顯示連桿實體模型；
第七步，運行仿真模塊，實現(xiàn)Delta機器人下抓上抬動作仿真。
圖4.13 Delta機器人仿真運行界面

仿真方式對比分析

本次設(shè)計分別使用Matlab、SolidWorks兩款軟件對Delta機器人進行三種方式進行仿真，下面對三種方式分別解決的各種問題以及優(yōu)缺點的做出了分析。
第一種方式，在Matlab軟件中，使用m文件建模Delta機器人，完成動態(tài)模擬門行軌跡運動。優(yōu)點：簡化機器人的結(jié)構(gòu)；易于寫入運動學(xué)正反解算法；易于對不同的運動姿態(tài)和軌跡進行編程，完成對比仿真。缺點：忽視了Delta機器人從動臂的具體架構(gòu)。
第二種方式，在SolidWorks中進行設(shè)計Delta機器人裝配體，生成CAD圖紙，進行動畫模擬運動?？烧{(diào)試設(shè)計機器人機械模型可執(zhí)行的位置姿態(tài)，驗證設(shè)計圖紙的可運動性，進行運動學(xué)特征分析，提供正反解分析理論依據(jù)。
第三種方式，Matlab、SolidWorks聯(lián)合仿真建立Simscape模型進行仿真，對機器人下抓上抬動作進行了模擬仿真，進一步完善了上兩種方式對從動臂的動作特點的分析。這種方法優(yōu)勢在于，創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，并提供一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口（GUI）；以一種更快捷、直接明了的方式進行模型和運動分析，立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果；缺點：編程復(fù)雜，加入運動學(xué)正反解算法操作難度大。

仿真運動規(guī)劃

在機器人運動學(xué)設(shè)計中，運動規(guī)劃又稱運動插補，是在給定的路徑端點之間插入用于控制的中間點序列從而實現(xiàn)沿給定的平穩(wěn)運動。
空間角度上的路徑規(guī)劃和時間角度上的軌跡規(guī)劃構(gòu)成了機器人運動學(xué)上的運動規(guī)劃，是進行并聯(lián)機器人運動分析必不可少的設(shè)計環(huán)節(jié)，兩者存在遞進和相輔相成的關(guān)系。
首先，必須通過分析Delta機器人的幾何架構(gòu)以及關(guān)節(jié)特征；進而，求出機器人的工作空間；最終，才能進行路徑規(guī)劃的設(shè)計。在暫不考慮機器人位姿參數(shù)隨時間變化的因素的情況下，連接起點位置和終點位置的有序坐標(biāo)點，構(gòu)成的曲線稱之為路徑，構(gòu)成路徑的方法稱之為路徑規(guī)劃[31]。路徑是Delta并聯(lián)機器人整體位置和運動姿態(tài)的一定序列，即各個關(guān)節(jié)和機械架構(gòu)的空間坐標(biāo)節(jié)點，其目的是找到一系列要經(jīng)過的有界限的路徑點，到達期望位置；我認為還應(yīng)該考慮具體的機器人的機械特性和進行受力分析，設(shè)計運動關(guān)節(jié)和動力臂的路徑關(guān)鍵運動節(jié)點處的平滑過渡，減少摩擦力和減少對伺服電機力矩和加速度過大的損傷，也是對下一步驟的軌跡規(guī)劃提前進行大框架的優(yōu)化。而軌跡規(guī)劃是增加路徑的一個時間參數(shù)，賦予運動的連續(xù)性和實時性。
本次設(shè)計，通過對Delta機器人的機械架構(gòu)特征以及各個關(guān)節(jié)及各力臂之間的自由度分析，進行門行路徑規(guī)劃程序的編寫，并完成了對門行軌跡規(guī)劃的仿真。
自動分揀程序示意圖

以上就是Delta機器人自動分揀的部分程序，經(jīng)過多次試驗，選擇適合的參數(shù)，保證抓取的準確性、動作的合理性。

小結(jié)

介紹SolidWorks、Matlab軟件，詳述了在Matlab、SolidWorks和聯(lián)合兩種環(huán)境的Delta機器人動態(tài)仿真以及三種不同的仿真方式進行對比。

審核編輯 黃宇