SimMechanics机械臂建模与仿真：利用Matlab的SimMechanics进行机械臂的模型搭建及动力学仿真（一）

注意：
1.所写内容主要是根据博主某门课程的课设，对adept机器人进行SimMechanics 的建模仿真，默认你已经对其正、逆运动学以及轨迹规划，关节控制内容有所了解，主要偏向内容为SimMechanics仿真的学习。
2.对于一些模块的深层次功能和详细属性，可以通过Matlab的官方文档进行查询，这里我只阐述其基本用法，适用于初学者和小白。

Matlab官方文档链接：

https://ww2.mathworks.cn/help/physmod/sm/index.html?s_tid=CRUX_lftnav

一.adept机械臂的建模

1.matlab命令行输入框输入 smnew，创建一个空的模板，其内容如下：

基本上所有的模块的添加是在SIMULATION菜单栏下的Library Browser中的，需要你熟悉里面需要用到的模块的位置。

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补充：如果用smnew命令创建模板失败，或者创建的模板里面的零件参数修改有问题，选择：

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2.机械臂连杆的建模
在进行机械臂本体的建模时，我们暂时不考虑关节连接处的建模。把机械臂想成由无数个连杆组成的整体，对每个连杆进行建模，再将他们连接在一起即可。
在adept机械臂中，关节一与关节二的连杆是由两段组成的，在这里，我们对每一段分别建模。
1.打开Library Browser，进入Multibody目录，在body Elements中，选择我们需要的连杆模型，在这里，我们选用Brick Solid模块。

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补充：如果只有Solid模块，只选择Solid模块也是可以的。

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2.继续在Multibody目录中，进入Frames and Transforms，选择Rigid Transform模块。

3.连杆空间建模

1. 1.在Brick Solid模块中，他本身带有一个坐标系，其原点在他的几何中心，下文我们暂且叫他为连杆坐标系。我们要描述、建立他在笛卡尔空间坐标系中的位置，需要两个坐标系的刚体变换来确定，第一个是输入坐标系的刚体变换，将输入的坐标系进行刚体变换，使其变换后的坐标系为连杆坐标系。第二个是输出坐标系的刚体变换，将连杆坐标系进行刚体变换，使其变换后的坐标系为下一个关节的空间坐标系。（一般变换后的位置为
   和下一个连杆相连接的位置，变换后的姿态为下一个关节的空间姿态，其Z轴必须为下一个关节的旋转轴！原因后面会解释到。）

   

2. 2.Rigid Transform的B和F分别是Base Frame 和 Follow Frame，代表上一个空间和下一个空间。Solid的R代表该刚体的连杆空间（常在其几何中心）。
   我们将这三个模块的组成的系统封装为一个子系统，鼠标左键同时选中三个模块，在菜单栏的MULTIPLE中，点击Create
   Subsystem即可。

4.刚体变换设置和刚体设置

4. 1 双击Rigid Transform ，Rotation代表旋转，Translation代表平移，Method代表方法。在旋转中，我们选用Standard
   Axis，下面的选项为旋转轴和旋转角度，同理，在平移中，代表平移方向和平移距离

4. 2 双击Brick Solid，Geometry为几何属性，Dimensions为长宽高。在这里，我们只需要用到，其他的属性含义及其作用，通过官方文档可以查询。

https://ww2.mathworks.cn/help/physmod/sm/multibody-modeling.html

5.对adept的连杆进行建模
其标准DH参数如下：
为了方便起见，我们将0.350m换为100cm，0.4605m换位150cm，0.250换位50cm，-0.0855换为-10cm

5. 1 第一节连杆
   世界坐标系为[0,0,0]，假设第一节连杆的底部固连世界坐标系，连杆坐标系为其连杆的几何中心，则对于第一节连杆的第一段刚体变换，为世界坐标系-连杆坐标系的变换，第二段刚体变化，则是连杆坐标系-连杆末端位置空间的变换（因为第二段连杆连接在其连杆末端）。

   刚体几何参数：（长度和宽度默认为10cm）
   
   第一段刚体变换：

   补充：Translation栏延Z轴移动75cm
   第二段刚体变化：
   补充：Translation栏延Z轴移动75cm

6. 2 第二节连杆
   观察第二节连杆，在世界坐标系内，是先绕y轴（或者x轴，视角不同，选择的轴不同，结果是一样的）旋转90°，在通过平移得到。在这里，我们选择第一节连杆的末端作为基坐标系，使其通过第一段刚体变换，变换为第二节连杆坐标系，第二节两岸坐标系再通过刚体变换转化为第二个关节的空间坐标系，其z轴为关节变量。

刚体几何参数：

第一段刚体变换：

第二段刚体变换：

注意：第二节连杆的末端为关节，因此其末端的空间为关节空间。

5. 3 第三节连杆
   为了和第二节连杆区分开来，将长度和宽带设置为20cm，同第二节连杆，在世界坐标系内，为先绕y轴旋转90°，在平移，我们选择第二节两岸的末端为基坐标系。
   刚体几何参数：
   

第一段刚体变换：

第二段刚体变换：

注意，在DH参数中，在第三关节，相对于第二关节，x轴有-10cm的偏移，如果直接输出，则与第三关节的空间坐标系不重合，因此，我们再添加一个Rigid Transform，使其输出刚好为第三关节的空间坐标系。

第三段刚体变换：

5. 机械臂建立模型

将各个模块按照顺序首尾连接，如图所示，并点击运行Run：

得到仿真模型：

至此，我们建立了机械臂的模型，在下一节中，我们将关节添加到模型中。