基于MATLAB的六自由度机器人运动学与动力学建模及轨迹规划可视化系统

资 源 简 介

该项目提供完整的六自由度机器人建模与仿真工具，支持正向/逆向运动学计算、雅可比矩阵分析、动力学建模（拉格朗日/牛顿-欧拉法）、三维可视化仿真，以及关节空间与笛卡尔空间的轨迹规划功能。所有模块均基于MATLAB实现，便于机器人算法研究与教学演示。

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可视化系统

项目介绍

本项目基于MATLAB开发，构建了一个完整的六自由度机器人建模与仿真分析系统。系统集成了机器人的正向/逆向运动学求解、雅可比矩阵计算、动力学建模、三维可视化仿真以及轨迹规划等核心功能。用户可通过直观的图形界面交互设置机器人参数与运动轨迹，实现对机器人运动过程的全方位分析与动态监测，为机器人控制算法设计、性能评估和教育研究提供强大的仿真平台。

功能特性

• 正向运动学求解：基于DH参数法计算机器人末端执行器的位姿（位置坐标与姿态矩阵）
• 逆向运动学求解：根据末端目标位姿解析得到各关节角度配置
• 雅可比矩阵计算：建立关节速度与末端速度之间的映射关系
• 动力学建模：采用拉格朗日法和牛顿-欧拉法计算各关节力矩需求与能量消耗
• 三维可视化仿真：实时显示机器人三维模型运动动画及运动轨迹
• 轨迹规划功能：

- 关节空间轨迹规划（多项式插值） - 笛卡尔空间轨迹规划（直线/圆弧插补）

• 运动参数监测：实时显示速度、加速度、力矩等动态参数曲线
• 数据报告生成：输出运动过程中的各项参数变化表格

使用方法

1. 参数设置：启动系统后，在图形界面中输入机器人的DH参数、动力学参数（质量、质心、惯性张量等）
2. 轨迹规划：设置起始位姿和目标位姿，选择轨迹类型（直线或圆弧），定义运动速度与加速度约束条件
3. 仿真执行：点击运行按钮，系统将自动进行运动学与动力学计算，并在三维视窗中显示机器人运动过程
4. 结果分析：查看实时生成的关节角度、末端位姿、关节力矩等参数曲线，分析机器人运动性能
5. 数据导出：可导出运动过程中的各项数据表格用于进一步分析

系统要求

• 操作系统：Windows 10/11，macOS 10.14+ 或 Linux
• MATLAB版本：R2018b 或更高版本
• 必需工具箱：

- MATLAB基础模块 - Robotics System Toolbox - Image Processing Toolbox（用于可视化） - Signal Processing Toolbox（用于数据分析）

文件说明

主程序文件整合了用户交互界面、运动学计算引擎、动力学求解算法、轨迹规划模块和三维可视化组件。它负责系统的初始化和参数配置，协调各功能模块的数据流转与处理，生成机器人运动仿真动画并实时更新运动参数监测图表，同时提供轨迹规划结果的综合数据报告输出能力。