- [連載 0]Vrep入門(mén)介紹
- [連載 1]Vrep小車建模——前進(jìn)和轉(zhuǎn)向
- [連載 2]Vrep小車建模——內(nèi)嵌腳本
- [連載 3]Vrep小車建模——matlab控制
- [連載 4]Vrep導(dǎo)入三維模型——PUMA560機(jī)械臂
- [連載 5]Vrep--Matlab Robitic Toolbox--PUMA560機(jī)械臂控制
- [番外 1]Vrep小車機(jī)械臂抓取
- [Lib庫(kù) 1]CoppeliaSim差分避障小車的Simulink實(shí)現(xiàn)(B站視頻講解)
- [Lib庫(kù) 2]CoppeliaSim機(jī)械臂抓取的Simulink實(shí)現(xiàn)(B站視頻講解)
- 知乎專欄：Vrep機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模仿真
大家如果完成了連載4的內(nèi)容，接下來(lái)面臨的就是如何驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂了，那么這一節(jié)的主要目標(biāo)就是全面介紹在Vrep、Matlab和Simulink中，如何使用Vrep自帶的Lua腳本和Matlab結(jié)合Peter Corke的Robitic Toolbox以及Simulink的VrepLib庫(kù)，來(lái)控制機(jī)械臂，完成一些有趣的運(yùn)動(dòng)。
前言
這篇文章距離上一篇文章時(shí)隔太久了，一方面是最近幾個(gè)月事情太多，沒(méi)有抽出太多時(shí)間；另一方面是準(zhǔn)備一篇手把手的文字教程實(shí)在是很耗時(shí)間。所以這次我想稍微改變一下，文檔的內(nèi)容我只列出提綱和大概的內(nèi)容，完成的過(guò)程和講解通過(guò)錄制視頻來(lái)完成，這樣更加生動(dòng)一些，這次先嘗試一下，看看大家的反饋吧^_^
本節(jié)教程需要大家熟悉 連載 2、連載 3這一節(jié)的內(nèi)容，并要有基本的機(jī)械臂基礎(chǔ)知識(shí)，我這里主要是參考的這兩本書(shū)——《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論（原書(shū)第4版）》和《機(jī)器人學(xué)、機(jī)器視覺(jué)與控制――MATLAB算法基礎(chǔ)》。推薦大家入手這兩本書(shū)，是非常好用的工具書(shū)。
此教程是基于vrep 3.5.0版本制作的，初學(xué)可以先安裝此版本進(jìn)行學(xué)習(xí)，后面再使用更新的版本。（舊版下載鏈接：鏈接：https://pan.baidu.com/s/1PIl5t-Pwx2dawOIHfzDelA 提取碼：qirx）
本節(jié)介紹
本節(jié)主要分為三個(gè)部分：
- 使用Vrep的RML庫(kù)控制機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)空間的控制
- 使用Vrep自帶的IK模塊（逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解器）進(jìn)行機(jī)械臂工作笛卡爾空間的運(yùn)動(dòng)控制
- 使用Matlab驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)空間的控制
- 使用Matlab Robitic Toolbox對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行建模，建立機(jī)械臂DH矩陣，并使用工具箱的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解工具（ikine6s、ikine）實(shí)現(xiàn)matlab控制機(jī)械臂
- 使用VrepLib，通過(guò)Simulink快速搭建vrep控制模型（推薦閱讀！！！）。
本節(jié)的知識(shí)容量比較大，但是可以歸為三個(gè)部分且互相獨(dú)立，大家可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行選擇學(xué)習(xí)。第一部分：內(nèi)容1和2是基于vrep自身的編程工具實(shí)現(xiàn)的；第二部分：內(nèi)容2和3是基于Vrep與Matlab的接口以及Matlab Robitic Toolbox實(shí)現(xiàn)的；第三部分：內(nèi)容4是基于我自己的寫(xiě)的Vrep的Simulink工具箱——VrepLib實(shí)現(xiàn)的，給大家介紹一下基于Simulink非常簡(jiǎn)便的Vrep控制流程的開(kāi)發(fā)。
完整的例程模型請(qǐng)點(diǎn)擊購(gòu)買
基礎(chǔ)知識(shí)
對(duì)于機(jī)械臂的操作來(lái)說(shuō)，大家必須具備一些基本知識(shí)，下面列出的這些內(nèi)容并不是讓大家立即翻書(shū)弄明白了再來(lái)看教程，而是先有一個(gè)初步概念，我會(huì)在視頻講解中介紹一下，大家看完整個(gè)教程之后再補(bǔ)充相關(guān)的知識(shí)就可以了。
基礎(chǔ)知識(shí)：理解 坐標(biāo)變換->正運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)械臂求解->逆運(yùn)動(dòng)學(xué) 是非常重要的。坐標(biāo)變換的基礎(chǔ)需要大家要熟知齊次變換矩陣、歐拉角、四元數(shù)，明確它們表達(dá)的含義和優(yōu)缺點(diǎn)；機(jī)械臂描述需要大家知道DH矩陣或者其變種的計(jì)算方式；正運(yùn)動(dòng)學(xué)的意義和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的解析解和數(shù)值解的大概計(jì)算方式。
1.Vrep驅(qū)動(dòng)PUMA560機(jī)械臂
這一部分采用Lua 與 Reflexxes Motion Library的方式，去驅(qū)動(dòng)各個(gè)關(guān)節(jié)的位置進(jìn)行變化，也可以采用程序直接控制關(guān)節(jié)位置，這一部分內(nèi)容比較常規(guī)，大家可以瀏覽[連載 2]Vrep小車建模——內(nèi)嵌腳本熟悉Lua的基本編程，聽(tīng)結(jié)合本節(jié)視頻和源碼實(shí)現(xiàn)下圖的功能，詳細(xì)介紹請(qǐng)看視頻教程。
2.Vrep逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解工具IK驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂
上一節(jié)采用直接驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂關(guān)節(jié)，控制的是機(jī)械臂的關(guān)節(jié)空間上的變化，但是實(shí)際控制過(guò)程中，我們更關(guān)心機(jī)械臂末端的笛卡爾空間的狀態(tài)，因此需要求解機(jī)械臂逆解去計(jì)算不同狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的關(guān)節(jié)角度。本節(jié)視頻中會(huì)詳細(xì)介紹Vrep中IK的搭建方式和注意事項(xiàng)。本節(jié)的最終效果如下：
3.Matlab驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂
這一部分采用Matlab驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂，與內(nèi)容1類似，大家要熟悉[連載 3]Vrep小車建模——matlab控制的內(nèi)容，掌握Matlab與Vrep通信的基本知識(shí)（為了結(jié)果更加真實(shí)，因此要開(kāi)啟Vrep與Matlab的同步機(jī)制）。同時(shí)在本節(jié)會(huì)介紹Matlab Robitic Toolbox的函數(shù)（jtraj）使用方法，從而用于關(guān)節(jié)空間的驅(qū)動(dòng)。本節(jié)的最終效果如下
4.Matlab Robitic Toolbox控制機(jī)械臂
本節(jié)內(nèi)容較多，涉及到的知識(shí)點(diǎn)也比較多，大家要具有耐心。首先講一下標(biāo)準(zhǔn)DH矩陣的建立方式，這里請(qǐng)注意由于三維模型的差異和關(guān)節(jié)坐標(biāo)系的設(shè)置導(dǎo)致本節(jié)給出的puma560機(jī)械臂與《機(jī)器人學(xué)、機(jī)器視覺(jué)與控制――MATLAB算法基礎(chǔ)》書(shū)中給出的DH矩陣略有不同。（注：大家都很疑惑一個(gè)puma560機(jī)械臂的DH矩陣為什么不是唯一的，甚至不同的教科書(shū)上給出來(lái)的不一樣，這是和DH矩陣本身的的特點(diǎn)密切相關(guān)的，對(duì)于DH矩陣大家不要生搬硬套，直接根據(jù)計(jì)算方式求一個(gè)自己可以用的就可以了。）
建立DH矩陣后，給大家介紹一下如何采用Matlab Robitic Toolbox計(jì)算運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，以及不同的求解方式的注意事項(xiàng)。
最后用matlab實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端位置和姿態(tài)的跟隨控制。
5 使用VrepLib，通過(guò)simulink快速搭建vrep控制模型（推薦閱讀！！！）
很多同學(xué)和我反饋控制算法都是使用simulink搭建的，而vrep并沒(méi)有很好的simulink接口，很難將自己的控制算法與vrep結(jié)合起來(lái)，我也是深受苦惱，因此花了很長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)發(fā)了vrep與simulink接口庫(kù)——VrepLib，VrepLib主要功能是建立simulink與vrep的連接，并利用封裝好的模塊搭建仿真程序，減輕工作量，加快算法驗(yàn)證速度。目前這個(gè)庫(kù)我已經(jīng)發(fā)布出來(lái)了，感興趣的同學(xué)可以點(diǎn)擊購(gòu)買。下面展示一下如何用這個(gè)庫(kù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容3和內(nèi)容4的功能。
結(jié)語(yǔ)
本節(jié)介紹基于Vrep開(kāi)發(fā)環(huán)境的機(jī)械臂三種控制方法，分別介紹了采用Lua控制、matlab控制和simulink控制，并給出詳細(xì)的示例；同時(shí)也介紹了機(jī)械臂關(guān)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)和笛卡爾空間運(yùn)動(dòng)的差別，結(jié)合Vrep自帶的IK計(jì)算模塊和Matlab Robitic Toolbox的工具箱函數(shù)講述逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解、軌跡生成等。總的來(lái)說(shuō)是Vrep——機(jī)械臂這一內(nèi)容的引路石，機(jī)械臂控制仍然有很多內(nèi)容需要大家去研究，希望本教程可以給大家一定的幫助。本節(jié)更多內(nèi)容請(qǐng)點(diǎn)擊視頻教程、源代碼，謝謝大家的支持。
