MATLAB机器人机械臂运动轨迹仿真系统

资 源 简 介

本项目基于MATLAB开发，实现六自由度机械臂的正逆向运动学求解、轨迹插值计算和三维动态可视化。用户可自定义目标位姿，系统自动生成平滑运动轨迹并实时显示关节角度变化，适用于机器人运动学教学与研究。

详 情 说 明

基于MATLAB的机器人机械臂运动轨迹仿真系统

项目介绍

本项目实现了一个完整的六自由度机器人机械臂运动轨迹仿真系统。系统基于MATLAB平台开发，集成了正向运动学求解、逆向运动学规划、轨迹插值计算和三维可视化展示等核心功能。用户可通过设定目标位置和姿态，系统自动生成平滑的运动轨迹，并实时显示机械臂各关节角度变化和末端执行器的运动路径。该系统为机器人运动规划算法的验证提供了有效的仿真环境，可作为实际机器人控制系统设计的理论参考。

功能特性

• 完整的运动学建模：采用标准的DH参数法建立六自由度机械臂运动学模型
• 智能轨迹规划：基于五次多项式插值算法生成平滑的关节空间轨迹
• 多维度可视化：实时三维动画展示机械臂运动过程，支持轨迹跟踪显示
• 全面性能分析：提供关节角度曲线、末端轨迹、速度加速度分析等多项性能指标
• 灵活参数配置：支持机械臂结构参数、运动约束条件和仿真配置的个性化设置

使用方法

基本操作流程

1. 参数配置：在相应脚本中设置机械臂的DH参数、关节限制等结构参数
2. 目标设定：指定起始位姿和目标位姿（6×1齐次变换矩阵格式）
3. 轨迹规划：配置运动时间周期、采样频率和加速度约束等轨迹参数
4. 仿真执行：运行主程序启动仿真计算和可视化展示
5. 结果分析：查看生成的数值结果和图形化分析报告

输入参数说明

• 机械臂结构参数：DH参数表（连杆长度、扭角、偏置、关节角度范围）
• 运动约束条件：起始位姿和目标位姿（6×1齐次变换矩阵）
• 轨迹参数：运动时间周期、采样频率、加速度约束条件
• 仿真配置：可视化选项（坐标系显示、轨迹跟踪、实时刷新率）

输出结果

• 数值结果：

- 关节空间轨迹数据矩阵（N×6） - 笛卡尔空间轨迹序列（N×6） - 运动学性能指标（雅可比矩阵条件数、可操作性椭球）

• 图形化输出：

- 机械臂运动三维动画 - 关节角度变化曲线图（6个子图） - 末端执行器运动轨迹三维路径图 - 速度/加速度变化曲线分析图

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2018b或更高版本
• 必要工具箱：Robotics System Toolbox
• 硬件配置：建议4GB以上内存，支持OpenGL的显卡

文件说明

主程序文件实现了系统的核心调度功能，负责整合运动学计算、轨迹规划和可视化模块。它完成了机械臂模型的初始化构建，执行正向运动学求解以确定末端位姿，通过逆向运动学算法规划关节空间路径，并采用五次多项式插值方法生成平滑轨迹。同时，该文件还协调三维场景的渲染显示，实时更新机械臂运动状态，并生成各类分析图表和性能指标数据输出。