Robotics System Toolbox 使用笔记（个人笔记）

环境： MATLAB R2019b

1. 机器人建模

第一种：导入法

• step1：建议直接通过SolidWorks导出urdf文件
• step2：导入urdf文件，robot_name = import('file_name.urdf')
• step3：显示机器人，show(robot_name)

第二种：加载法（适合工具箱中已有机器人）
robot = loadrobot('kinovaGen3','DataFormat','row','Gravity',[0 0 -9.81]);

2. 设置当前关节配置并获取关节轴数

• 设置当前关节配置：currentRobotJConfig = homeConfiguration(robot_name)
• 获得关节轴数：numJoints = numel(currentRobotJConfig);

3. 查看并设置工具坐标系

endEffector = "EndEffector_Link";

4. 获取某一姿态下的齐次变换矩阵

• tf = getTransform(tftree,targetframe,sourceframe)
• tf = getTransform(tftree,targetframe,sourceframe,sourcetime)
• tf = getTransform(___,“Timeout”,timeout)
• tf = getTransform(bagSel,targetframe,sourceframe)
• tf = getTransform(bagSel,targetframe,sourceframe,sourcetime)
  例：taskInit = getTransform(robot_name,jointInit,endEffector) %获取jointInit位姿下的到末端的齐次变换矩阵
T07 = getTransform(robot_name,home,'link7') %获取home位姿下连杆坐标系7到基坐标系的齐次变换矩阵

5. 生成齐次变换矩阵

• 指定齐次变换矩阵中的笛卡尔坐标部分： trvec2tform([x y z])
  
• 指定姿态，绕某一轴旋转多少度：axang2tform([0 0 1 pi/2]) %绕z轴旋转90度

绕哪个轴旋转，修改哪个轴为1 ，例如绕x轴旋转30度：`axang2tform([1 0 0 pi/6])’

	jointInit = currentRobotJConfig;
	taskInit = getTransform(robot,jointInit,endEffector);
	taskFinal = trvec2tform([0.4,0,0.6])*axang2tform([0 1 0 pi]);

6. 任务空间轨迹的生成

• step1：求欧氏距离，distance = norm(tform2trvec(taskInit)-tform2trvec(taskFinal))

• step2：根据行进距离和所需工具坐标的速度定义轨迹时间

  timeStep = 0.1;%秒，时间插值步长
  toolSpeed = 0.1;% m/s ，工具坐标速度
  initTime = 0;	% 起始时间
  finalTime = (distance/toolSpeed) - initTime;% 计算运行时间
  trajTimes = initTime:timeStep:finalTime;	% 插值时间
  timeInterval = [trajTimes(1); trajTimes(end)]; % 起始时间区间
  

• step3：插值计算中间任务空间航路点

    [tforms,vel,acc] = transformtraj(T0,TF,时间区间,时间样本)
    [tforms,vel,acc] = transformtraj(T0,TF,tInterval,tSamples,Name,Value)

例：[taskWaypoints,taskVelocities] = transformtraj(taskInit,taskFinal,timeInterval,trajTimes)

返回的tforms是中间插值点的齐次变换矩阵形式，返回的速度和加速度是每个关节的关节速度和加速度

7. 逆运动学

• ik = inverseKinematics

• ik = inverseKinematics(Name,Value)

• [configSol,solInfo] = ik(endeffector,pose,weights,initialguess)

• step1：为机器人创建一个逆运动学对象

  ik = inverseKinematics('RigidBodyTree',robot);
  % rigidBodyTree根据关节之间的转换在机器人模型中指定机器人运动学约束。
  ik.SolverParameters.AllowRandomRestart = false;
  weights = [1 1 1 1 1 1];
  

• step2：使用逆运动学计算初始和所需的关节配置

  initialGuess = wrapToPi(jointInit);
  jointFinal = ik(endEffector,taskFinal,weights,initialGuess);
  jointFinal = wrapToPi(jointFinal);
  

8. 关节空间插值

• 使用三次多项式函数在它们之间进行插值以生成均匀间隔的关节配置的数组，使用B样条曲线生成平滑的轨迹

  ctrlpoints = [jointInit',jointFinal'];
  jointConfigArray = cubicpolytraj(ctrlpoints,timeInterval,trajTimes);
  jointWaypoints = bsplinepolytraj(jointConfigArray,timeInterval,1);
  

9.轨迹生成函数/simulink模块

函数	说明
bsplinepolytraj	使用B样条生成多项式轨迹
cubicpolytraj	生成三阶多项式轨迹
quinticpolytraj	生成五阶轨迹
rottraj	生成方向旋转矩阵之间的轨迹
transformtraj	在两个转换之间生成轨迹
trapveltraj	生成具有梯形速度轮廓的轨迹

模块名称	说明
Polynomial Trajectory	通过航路点生成多项式轨迹
Rotation Trajectory	生成两个方向之间的轨迹
Transform Trajectory	在两个齐次变换之间生成轨迹
Trapezoidal Velocity Profile Trajectory	使用梯形速度轮廓通过多个航路点生成轨迹

9. 坐标变换

函数	说明
axang2quat	将轴角旋转转换为四元数
axang2rotm	将轴角旋转转换为旋转矩阵
axang2tform	将轴角旋转转换为均匀变换
eul2quat	将欧拉角转换为四元数
eul2rotm	将欧拉角转换为旋转矩阵
eul2tform	将欧拉角转换为均匀变换
quat2axang	将四元数转换为轴角旋转
quat2eul	将四元数转换为欧拉角
quat2rotm	将四元数转换为旋转矩阵
quat2tform	将四元数转换为齐次变换
quaternion	创建一个四元数数组
rotm2axang	将旋转矩阵转换为轴角旋转
rotm2eul	将旋转矩阵转换为欧拉角
rotm2quat	将旋转矩阵转换为四元数
rotm2tform	将旋转矩阵转换为齐次变换
tform2axang	将齐次变换转换为轴角旋转
tform2eul	从齐次变换中提取欧拉角
tform2quat	从齐次变换中提取四元数
tform2rotm	从齐次变换中提取旋转矩阵
tform2trvec	从齐次变换中提取平移向量
angdiff	两个角度之间的差异
cart2hom	将笛卡尔坐标转换为齐次坐标
hom2cart	将齐次坐标转换为笛卡尔坐标
trvec2tform	将平移向量转换为齐次变换

10. 逆运动学

https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/inverse-kinematics.html

11. 碰撞检测

https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/collision-detection.html

12. 机器人建模与仿真

https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/modeling-and-simulation.html

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参考文献：
https://ww2.mathworks.cn/help/robotics/examples/plan-and-execute-trajectory-kinova-gen3.html

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