基于MATLAB的六自由度机器人运动学与动力学仿真集成系统

资 源 简 介

本项目利用MATLAB构建集运动学建模、正逆解计算、动力学分析、轨迹规划及可视化界面于一体的六自由度机器人仿真系统，支持DH建模、雅可比矩阵、工作空间分析和交互式操作，便于机器人算法验证与教学应用。

详 情 说 明

六自由度机器人运动学与动力学建模及轨迹规划集成系统

项目介绍

本项目构建了一个集六自由度机器人运动学建模、正逆解计算、动力学分析、轨迹规划及可视化界面设计于一体的集成系统。系统采用DH参数法进行运动学建模，基于拉格朗日方程自动推导动力学模型，并实现了多种轨迹规划算法。通过交互式图形界面，用户可自定义机器人参数、规划运动轨迹并实时观看3D仿真效果，为机器人控制算法开发、性能分析与教学演示提供完整解决方案。

功能特性

• 运动学建模：支持标准DH参数法建立机器人模型，实现正运动学（末端位姿计算）和逆运动学（关节角度求解）计算
• 工作空间分析：基于蒙特卡洛法生成机器人可达工作空间点云图，直观展示工作范围
• 雅可比矩阵计算：自动计算速度雅可比矩阵，为速度分析和奇异点辨识提供支持
• 动力学分析：采用拉格朗日方法自动推导动力学方程，计算关节力矩和能量消耗
• 轨迹规划：支持多项式插值与样条曲线轨迹规划，生成平滑的关节角度、速度、加速度曲线
• 可视化界面：提供交互式GUI界面，实现机器人3D模型动态显示、参数配置与实时仿真

使用方法

1. 参数配置：在界面中输入机器人的DH参数（连杆长度、扭角、偏置、关节角范围等）和动力学参数（质量、质心位置、惯性张量等）

1. 运动学分析：

- 正运动学：输入关节角度，计算末端执行器位姿 - 逆运动学：输入目标位姿，求解关节角度配置

1. 轨迹规划：

- 设置起始点和目标点（关节空间或笛卡尔空间） - 配置时间参数和运动约束条件 - 选择轨迹规划算法（三次/五次多项式、样条曲线等）

1. 仿真分析：

- 查看运动学分析结果（末端位姿、雅可比矩阵、工作空间） - 分析动力学性能（关节力矩曲线、能量消耗） - 观看机器人运动动画和轨迹曲线

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• MATLAB版本：R2018b或更高版本
• 必要工具箱：MATLAB基本安装（核心功能），推荐安装Robotics System Toolbox以获得更佳可视化效果

文件说明

主程序文件作为整个系统的入口与调度核心，负责初始化机器人模型参数、启动图形用户界面并协调各功能模块间的数据流。它整合了运动学求解、动力学计算、轨迹规划算法及三维可视化组件，实现从参数输入到仿真结果输出的完整流程控制，为用户提供一站式的机器人建模与分析环境。