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基于MATLAB和ADAMS的机械臂的轨迹规划与协调控制
一、引言
随着工业自动化的发展，机械臂已经在生产、加工、装配等领域得到了广泛应用。因此，对机械臂运动轨迹的规划和控制也越来越受到研究者的关注。在实际应用中，机械臂的轨迹规划和控制主要关注于两个问题：一是机械臂末端执行器的轨迹规划，即末端执行器应该沿着哪条轨迹移动才能完成指定的任务；二是机械臂各个关节的协调控制，即机械臂不同关节的运动应该如何协调才能使机械臂达到指定的末端位置。本文将从这两个方面分别进行介绍与分析。
二、机械臂末端执行器的轨迹规划
机械臂的末端执行器的轨迹规划是机械臂运动控制的重要问题之一，是指在给定了机械臂的末端位置和姿态之后，如何使机械臂末端执行器沿着一条规划好的轨迹运动，以达到预定的目的。机械臂的轨迹规划通常是针对直线和圆形运动进行规划，其中直线运动规划应用广泛，本文将仅介绍直线运动的规划方法。
1、直线运动轨迹规划方法
对于机械臂的直线运动，通常采用的方法是通过五参数形式的插值方法进行轨迹规划。五参数形式的插值法基于位置、速度、加速度和起始和终止时刻这五个参数的设定，按指定的采样周期对这些参数进行插值计算，从而得到机械臂末端执行器的运动轨迹。
以线性加速度轨迹插补方法为例，首先需要确定起始点和终止点的位置坐标和末端执行器的运动速度和加速度，并将其分解成一个周期的运动轨迹。在规划好的轨迹上，通过对末端执行器的运动进行反馈控制，实现机械臂的运动。
2、轨迹规划的优化
在轨迹规划中，为了使机械臂的运动更加平滑，通常需要对规划的轨迹进行优化。主要有以下两种方法：
（1）将轨迹规划引入到非线性规划问题中，以求解最优化问题。
（2）利用控制理论中的对优化问题的数学建模方法，通过对轨迹运动进行数学建模，进一步对规划轨迹进行优化。
三、机械臂各个关节的协调控制
机械臂的各个关节运动的协调控制是机械臂运动控制的重要问题之一，是指不同关节之间的运动应该如何协调才能使机械臂末端执行器达到指定的位置和姿态。因为机械臂的各个运动关节之间是耦合的，所以需要进行协调控制才能实现机械臂的运动控制。
1、关节运动的协调控制
在机械臂运动中，不同关节的运动往往是互相影响的，为了实现同步运动，可以采用一些方法对关节运动进行协调控制，以保证机械臂末端执行器的运动效果。常用的关节运动协调控制方法有：
（1）基于PID控制器的协调控制;
（2）基于模型预测控制器的协调控制;
（3）基于基因算法的协调控制。
2、关节运动中的干扰抑制
在机械臂的关节运动中，由于关节间的干扰，会导致机械臂末端执行器的位置控制精度降低。因此，需要采用一些方法对关节干扰进行抑制，以提高机械臂的运动精度。常用的关节干扰抑制方法有：
（1）基于前馈控制器的干扰抑制方法;
（2）基于自适应控制的干扰抑制方法。
四、总结
本论文主要介绍了基于MATLAB和ADAMS的机械臂的轨迹规划和协调控制的方法。在机械臂末端执行器的轨迹规划方面，通常采用的方法是基于插值法的轨迹规划，并对规划的轨迹进行优化。在机械臂各个关节的协调控制方面，可以采用一些方法对关节运动进行协调控制，同时也需要对关节干扰进行抑制，以提高机械臂的运动精度。