MATLAB|MATLAB Robotics System Toolbox 学习（1）-创建一个机器人 MATLABRoboticsSystemToolbox学习（1）

这里写自定义目录标题

前记
创建一个机器人并显示

创建机器人模型
创建关节和连杆

刚体与关节

刚体
关节
Transform-相邻坐标系的变换
将关节添加到刚体上

显示机器人模型
写在最后

前记一开始打算使用petet corke的matlab robotics toolbox来建立一个机器人模型，但是不知道什么原因，在使用逆动力学和显示时总是报错。
具体配置是r2019b+10.2版本的工具箱，但是在r2019a版本则可以正确运行，在各种查阅无果之后，只能使用matlab官方的robotics system toolbox来实现。
创建一个机器人并显示参考代码来自matlab官方工具箱示例，这里主要对参考代码中的函数（或者说类？）进行解析，当然查api肯定是坠吼的，然而我懒得总是翻英文文档，所以写这篇文章做一个提示。
创建机器人模型

robot = rigidBodyTree('DataFormat','column','MaxNumBodies',3);

这行代码实例化了一个刚体树类，‘DataFormat’为‘column’，也就是说数据是以行读入的，如果为‘row’那么则需要对向量进行转置后才能读入数据；'MaxNumBodies’参数为3，表示该刚体树模型不包括基的最大刚体数为3。
原文的说明如下

Number of bodies in the robot model (not including the base), returned as an integer.

创建关节和连杆刚体与关节
刚体

L1 = 0.3; L2 = 0.3; %Add 'link1' body with 'joint1' joint.

body = rigidBody(‘link1’);
刚体是刚体树模型的基本组件，采用rigidBody函数来创建。每个刚体具有与其关联的子对象和父对象（相当于与其连接的其他连杆），每个刚体都有一个关节（joint），该关节定义了刚体相对其父对象的运动
rigidbody语法

body = rigidBody(name)

name为刚体的名称，在默认情况下，刚体对象的属性Joint为fixed，即固定关节；Mass默认为1kg，CenterofMass即质心位置为[0 0 0]
关节

joint = rigidBodyJoint('joint1', 'revolute');

关节对象采用rigidBodyJoint函数创建，语法为

joint - rigidBodyJoint(name,type)

第二个参数有三种类型，分别是’fixed’固定关节、'revolute’转动关节和’prismatic’移动关节。
关节的属性：
(1)PositionLimits— 关节向量的位置限制
位置限制[min max]
fixed没有限制；revolute默认为[-pi pi]；prismatic默认为[-0.5 0.5](单位为米
(2)HomePosition— 关节的初始位置
HomePostion为一个标量，默认为0，对于转动关节为初始角度，对于移动关节为沿关节轴的移动距离(单位仍是m）
(3)JointAxis— 关节轴
JointAxis为一个向量[x y z]，默认为NaN
(4)JointToParentTransform和ChildToJointTransform
这两个属性没太弄懂，官方在刚体树模型里有图文解释。
Transform-相邻坐标系的变换

setFixedTransform(joint,trvec2tform([0 0 0])); joint.JointAxis = [0 0 1];

这里的transform应该是和关节的属性JointToParentTransform和ChildToJointTransform有关，具体我仍是不太清楚（爬）。
主要介绍一下setFixedTransform函数
(1)语法
seFixedTransform有三种调用方式，分别是tform齐次变换，标准dh参数，modified dh参数。

setFixedTransform(jointObj,tform) setFixedTransform(jointObj,dhparams,"dh") setFixedTransform(jointObj,mdhparams,"mdh")

tform是坐标系变换的4x4矩阵，具体形式为
[ r 11 r 12 r 13 p x r 21 r 22 r 23 p y r 31 r 32 r 33 p z 0 0 0 1 ] \begin{bmatrix} r_{11}&r_{12} &r_{13} &p_{x} \\ r_{21}&r_{22} &r_{23} &p_{y} \\ r_{31}& r_{32}& r_{33}&p_{z} \\ 0& 0& 0& 1 \end{bmatrix} ?????r11?r21?r31?0?r12?r22?r32?0?r13?r23?r33?0?px?py?pz?1??????
标准dh法和mdh法的参数形式均为 [a alpha d theta]，关于这两种方法有何不同，请跳转建立DH模型的三种方法以及区别
注意，dh法的最后一个元素theta将会被忽略，因为具体的theta值取决于关节姿态; 个人认为这是对于转动关节来说的，因为这段文字源于matlab官方在建立puma560机器人模型时的描述，而puma560并没有移动关节；对于移动关节则应该是忽略第三个参数d。
将关节添加到刚体上

body.Joint = joint; addBody(robot, body, 'base');

第一行代码将关节添加到刚体上，第二行代码则是将刚体添加到刚体树模型上。
addBody的语法为

addBody(robot,body,parentname)

robot是一个刚体树模型，body是你想要添加的刚体对象，parentname是一个字符串，为body的父对象的名称，也可以理解为与body相连的连杆。

%Add 'link2' body with 'joint2' joint.body = rigidBody('link2'); joint = rigidBodyJoint('joint2','revolute'); setFixedTransform(joint, trvec2tform([L1,0,0])); joint.JointAxis = [0 0 1]; body.Joint = joint; addBody(robot, body, 'link1'); %Add 'tool' end effector with 'fix1' fixed joint.body = rigidBody('tool'); joint = rigidBodyJoint('fix1','fixed'); setFixedTransform(joint, trvec2tform([L2, 0, 0])); body.Joint = joint; addBody(robot, body, 'link2'); %Show details of the robot to validate the input properties. The robot should have two non-fixed joints for the rigid bodies and a fixed body for the end-effector.

显示机器人模型

showdetails(robot)

showdetails()会显示机器人关节的详情，输出示例如下（注：这并不是官方例程的输出）

-------------------- Robot: (4 bodies) IdxBody NameJoint NameJoint TypeParent Name(Idx)Children Name(s) ---------------------------------------------------------------- 1link1joint1revolutebase(0)link2(2) 2link2joint2revolutelink1(1)link3(3) 3link3joint3prismaticlink2(2)tool(4) 4tooljoint4fixedlink3(3) --------------------

在空间中显示机器人模型图片

show(robot); axis([-0.5 0.5 -0.5 0.5 -0.5 0.5]) axis off %获取机器人的关节姿态 config = randomConfiguration(robot); %将机器人的关节随机初始化 tform = getTransform(robot,config,'tool','base') %获取tool坐标系相对于base的变换矩阵

效果如下（仍然不是官方示例）

文章图片

写在最后 【MATLAB|MATLAB Robotics System Toolbox 学习（1）-创建一个机器人】这里只截取了官方例程的一部分，在原有例程中还有逆动力学部分，用来实现对于一个圆的轨迹追踪，这里直接并没有提及，要想了解剩余的部分，可以跳转具有逆运动学的2维轨迹追踪或者官方例程
小白刚入坑matlab，如果有错误之处，还请多多指正。