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洛阳理工学院毕业设计（论文）
二自由度机器人的通用控制仿真
摘 要
机器人学是一门高度交叉的前沿学科，引起许多具有不同专业背景（包括机械学、生物学、人类学、计算机学与工程、控制论与控制工程学、电子工程学、人工智能、社会学等）人们的广泛兴趣，进行深入的研究，并获快速发展。
此次毕业设计主要是对二自由度机器人的位置控制，采用了PD控制方法，运用MATLAB语言、Simulink及Robot工具箱，搭建二自由度机器人的几何模型、动力学模型。并构建控制器的模型，通过调整控制器参数，对二自由度机器人的位姿进行控制，并达到较好的控制效果。
关键词：二自由度，机器人，PD控制
I
洛阳理工学院毕业设计（论文）
The general control dof robot simulation
ABSTRACT
Robotics is a highly cross frontier disciplines, causing a lot of different professional background (including mechanics, biology, anthropology, computer science and engineering, cybernetics and control engineering, electrical engineering, artificial intelligence, sociology, etc.) people's extensive interest, in-depth study, and won the rapid development.
The graduation design is mainly to the position of the mobile Robot control dof, adopt the PD control method, using MATLAB language, Simulink Robot kit, structures and two degrees Robot geometry model, dynamic model. And constructs the controller model, through to adjust controller parameters of the robot pose dof control, and achieve better control effect.
KEY WORDS: Two degrees of freedom，Robot，PD control
II
洛阳理工学院毕业设计（论文）
目 录
前 言 ................................................................................................ 1 第1章 机器人运动学 ....................................................................... 2
1.1 运动学概述 ........................................................................... 2
1.2 机械手运动的表示 ...................................................... 2 1.2.1 机器手的机构和运动 ................................................. 2 1.2.2 运动学、动力学的关系 .............................................. 4
第2章 机器人动力学 ....................................................................... 6
2.1 动力学概述 ............................................................................ 6 2.2 惯性矩 ................................................................................... 6 2.3 拉格朗日运动学方程 ............................................................ 8 第3章 机器人的控制 ..................................................................... 12
3.1 概述 .................................................................................... 12
3.1.1 机器人控制特点 ....................................................... 12 3.1.2 机器人的控制方式 ................................................... 12 3.2 PD 控制 ........................................................................ 13 第4章 MATLAB软件平台介绍 .................................................... 18
4.1 MATLAB简介 ..................................................................... 18
4.1.1 什么是MATLAB ...................................................... 18 4.1.2 MATLAB的基本功能 ............................................... 18 4.1.3 MATLAB的特点 ....................................................... 19
第5章 二自由度机器人位置控制及运算仿真 .............................. 23
5.1 机器人的连杆参数 .............................................................. 23 5.2 动力学程序 .......................................................................... 25 5.3 机器人的运行与仿真 ......................................................... 26 结 论 .............................................................................................. 31 谢 辞 ................................................................................................ 32 参考文献 .......................................................................................... 33 附 录 .............................................................................................. 35
III
洛阳理工学院毕业设计（论文）
前 言
机器人技术是一门光机电高度综合、交叉的学科，它涉及机械、电气、力学、控制、通信等诸多方面。机器人技术的发展，应该说是利用科学技术发展的一个综合性的结果，同时，也是为社会经济发展产生了重大影响的一门科学技术。随着社会的发展，人们不断探讨自然、改造自然、认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科学技术发展过程中的一个客观需要。
世界上第一台机器人是在1954年诞生于美国，虽然它是一台试验的样机，然而它体现了现代工业广泛应用的机器人的主演特征。近几十年来，德国、意大利、法国及英国的机器人产业发展比较快。目前，世界上机器人无论是从技术水平上，还是从已装备的数量上，优势集中在以以美日为代表的少数几个发达的工业化国家。
我国工业机器人起步于20世纪70年代初，大致可分为三个阶段:70年代萌芽期，80年代的开发期，90年代的实用化期。
近年来，随着控制控制理论和计算机技术的快速发展，以机器人为核心的自动化生产设备成为现代产业的一个重要支柱，它大大提高了生产的质量和效率。由于机器人在生产、生活等方面的广泛应用，对机器人的控制研究一直是该领域专家的研究重点。
由于二自由度机器人控制相对简单，本次设计采用了PD控制，本文主要对二自由度机器人设计和控制进行论述，搭建二自由度机器人控制模型和动力学模型，加上外部的比例微分控制器控制二自由度机器人的角度位置，实现了对二自由机器人的控制，并通过调节比例微分控制减小响应的超调量和调节时间。最后，对其运动做了Matlab仿真，并观察其进入稳态的过程与时间。
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