基于MATLAB的两关节机械臂动力学建模与控制系统仿真

资 源 简 介

本项目构建了一个完整的二自由度机械臂数学模型，支持正向/逆向运动学和动力学分析。系统能够根据关节角度计算末端位姿，实现轨迹规划和实时可视化仿真，为控制算法验证提供完整的MATLAB解决方案。

详 情 说 明

基于MATLAB的两关节机械臂动力学建模与控制系统仿真

项目介绍

本项目利用MATLAB构建了一个完整的二自由度机械臂仿真平台。通过机器人运动学与动力学建模，实现了机械臂的正向/逆向运动学计算、动力学分析、轨迹规划以及控制算法验证等功能。系统支持可视化仿真，能够实时显示机械臂运动状态和轨迹跟踪效果，为机械臂控制系统设计与分析提供有效的仿真工具。

功能特性

• 运动学建模：基于DH参数法实现正向运动学计算，可根据关节角度求解末端执行器位姿
• 逆向运动学：支持从笛卡尔空间到关节空间的坐标转换
• 动力学分析：采用拉格朗日方法建立动力学方程，考虑连杆质量、惯性矩等物理参数
• 轨迹规划：支持关节空间和笛卡尔空间的轨迹规划算法
• 控制算法：可实现PID控制、计算力矩控制等多种控制策略
• 实时可视化：提供机械臂三维运动动画和状态变量曲线显示
• 性能评估：输出轨迹跟踪误差、控制力矩等性能指标

使用方法

1. 参数配置：在主脚本中设置机械臂的物理参数（连杆长度、质量、惯性矩等）
2. 初始状态设置：定义各关节的初始角度和角速度
3. 轨迹规划：指定期望的关节轨迹或末端执行器轨迹
4. 控制器参数调整：根据控制需求设置控制器增益参数
5. 运行仿真：执行主程序开始动力学仿真
6. 结果分析：查看生成的运动动画、状态曲线和控制性能指标

系统要求

• MATLAB R2018b或更高版本
• 必需工具箱：MATLAB基本功能（无需特殊工具箱）
• 推荐配置：4GB以上内存，支持三维图形显示

文件说明

主程序文件整合了机械臂仿真系统的核心功能，包括机械臂模型初始化、运动学与动力学计算模块、控制算法实现、数值积分求解以及结果可视化输出。该文件通过协调各功能模块的工作流程，完成从参数输入到仿真结果输出的全过程，实现了机械臂动态行为的完整模拟与分析。