基于MATLAB的机器人动力学分析与控制高级应用
目录
1绪论2
1.1研究背景与研究意义2
1.2国内外相关领域研究状况综述3
1.2.1机器人前馈控制研究现状与析3
1.2.2工业机器人参数辨识研究现状及析6
1.3主要研究内容7
2机器人动力学建模8
2.1用拉格朗日方程建立n自由度机器人状态空间模型8
2.2用牛顿一欧拉迭代法构建机器人动力学线性化模型9
2.3用拉格朗日方程建立n自由度机器人逆动力学模型11
2.4运用正动力学对n自由度运动机器人仿真14
3动力学前馈控制器的设计14
3.1反馈控制器的选择：14
3.2前馈控制（补偿）设计。15
4动力学前馈控制性能仿真16
4.1仿真过程析16
4.2仿真结果与析19
5文章总结21
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参考文献21
1绪论
1.1研究背景与研究意义
工业机器人在现代制造业领域的发展中扮演有重要角色，是糅合机械、电子、
控制等专门学科的高精尖自动化装备。欧美国家在该领域的发展处于领先地位,
工业机器人技术已臻成熟，是其制造业领域广为应用的标）隹设备。在日本政府积
极的扶植政策和大力的资金支持下，日本机器人产业迅速发展，日本机器人制造
商以安川、O7T、川崎等为主。经济新时代，“制造强国〃和“工业制造2.0〃
成为我国制造业发展的战略重心，工业机器人及配套装备需求快速增长，自主知
识产权的工业机器人产业发展迎来难得契机（朱启南，汪芷蕾，2022）⑴。
实现智能制造，提升综合国力，工业机器人的使用是必不可少的。当前，机
器人向高精度高自动化不断迈进。其中，运动性能对机器人工作效率与生产质量
影响非常大（潘雨薇，陆游之，2023）。反馈控制系统的作用原理系依照偏差确
定控制作用并据此将输出量约束在期望值范畴内，但控制对象滞后严重的，反馈
控制作用无法即时生效并对系统输出构成负面影响，导致输出量剧烈波动，进而
危及机器人控制性能（魏涵，宋佳怡，2021）。
如可以精准量测且控制引起输出量剧烈波幅的关键外扰动参量，则能够在实
现反馈控制的基础上，在这样的环境中藉由外扰信号对输出量作直接控制影响即
完成前馈控制，两项控制策略的复合使用，对外界干扰关于系统的影响可起到完
全补偿作用，且促进控制精度提升（贺启南，吴美玲，2021）。依照外扰信号采
取前馈控制策略的方式,也被称作为扰动控制。参考不变性原理，理论层面来讲，
扰动控制能够全部去除系统输出所受主扰动的影响，具有重要意义（何家伟，谢
丽萍，2020）。
因此，要实现工业机器人向高速，高精智能化的方向发展，应当基于机器人
动力学特性采取对应控制策略（蒋子谦，江雅琳，2019）。遇到这种情况时基于
对机器人的特性补偿，采取稳态调整、输出偏差调适等措施，将运动振动约束在
可控范围内，进而提高了系统的响应效率和控制精度（江天佑，张峻豪，2018）。
为了提高机器人的姿态控制和运动精度，关键措施之一就是设计和实现基于动态
特性的工业机器人控制策略。本文中主要对PUMA56。机器人的运动性能进行了
研究，以机器人动力学为基础，以MATLAB软件为操作基础，对机器人前馈控制
系统进行了设计与仿真研究（高云飞，孙芷晨,2021）。
1.2国内外相关域研究状况综述
基于动力学模型的先进控制技术，是目前工业机器人行业中公认的可以解决
机器人运行过程中的动态特性的控制方法，而基于动力学模型的先进控制技术,
很大程度上对于动力学模型的）隹确性有着很高的要求（赵俊驰，黄景云，2018）。
121机器人前馈控制研究现状与析
目前，通过与信息技术的交互和融合诞生了“软件机器人〃“网络机器人”
的名称，这说明了机器人具有很强的生命力。美国的机器人技术一直处于世界领
先水平（赵向福，马睿天,2021）。在1967-1974年间，由于政府对机器人的发展的
重视程度不够，且机器人处于发展初期，价格昂贵，适用性不强，导致发展缓慢。
此后，在美国机器人协会、制造工程师协会积极主动地进行推广的前提下，同时
以机器人为核心的柔性