Matlab - Solidworks 机器人模型联合仿真（1）—— 浅谈Matlab机器人建模思路

本文的讨论对象仅局限于刚体模型
Matlab建立机器人模型主要有两个方面（当然不排除有其他的，我只说我知道的）：

1. Rigidbody tree 坐标系模型
2. Simsacpe 物理模型

建立rigidbody tree模型主要是为了能够使用matlab自带的一些机器人函数，减少我们的工作量，因为这个建模方法本质上是定义好了机器人内部的坐标系关系。比如说Matlab 2019b里面就自带了帮你计算机器人FK，IK以及动力学方程的函数。这样的话你只需要知道如何正确地使用这些函数，你就不需要自己推导那些复杂的正逆运动学动力学方程，直接开始仿真。下图展示了Matlab robotics system toolbox里面的一些功能模块

而 Simscape 模型主要是模型可视化，方便你仿真时看到模型是如何响应和如何运动的。我个人目前的使用习惯是结合两个建模方法，就是说先建好rigidbody tree模型以能够使用自带函数，再得到Simscape模型来可视化仿真。在仿真的时候前面正逆运动学，动力学算法部分用 rigidbody tree 模型结合matlab函数得到轨迹信号，控制信号等等，接着在模型部分用 Simscape 模型来代表我们实际的机器人模型接收控制信号进行仿真。

那么问题来了：

1. 我怎么得到 rigidbody tree模型？
2. 我又怎么得到simsacpe模型？

你要是头比较铁，rigidbody tree 模型和 simscape 模型都可以从最基本的坐标系，基本结构块生建出来。但我相信没有人会这么做。Matlab 和 solidworks 提供了很方便的模型转化功能。方便我们通过solidworks机械模型来转换出我们需要的matlab模型。

转换方向有这几种：

1. solidworks 机械模型直接转换成 simscape 模型，想了解的可以看这个文章 《如何把solidworks模型转换成simscape模型》
2. solidworks转换成urdf模型，再从urdf模型分别转换成rigidbody tree模型以及simscape模型。想了解的可以看《如何把cad文件转化成urdf》，以及《如何把urdf导入到matlab》

建议直接采用方法2的转换方式，原因有：

• 方法1转换出来的模型没法配置关节连杆之间的关系，导出来的结构很玄学。
• 方法1导出来的模型里面的各种参数不是用数字表示，而是用变量表示的。虽然方便同步修改同名参数，但是很不直观。
• 方法2导出来的 simscape 模型各种参数直接用数字表示，比较直观方便修改。
• 方法1并没有给我们rigidbody tree模型，运动学和动力学等等方程需要你自己提前算好才能去部署，另外部署起来也不容易
• 方法2可以同时获得rigidbody tree模型和simscape模型，且这两个模型之间坐标关系是对应的。rigidbody tree模型可以让我们方便的使用自带机器人学工具模块