matlab中机器人工具箱生成d-h参数
机器人工具箱（Robotics Toolbox）是MATLAB中常用的一个工具箱，用于辅助机器人的建模、仿真、控制等应用。其中，机器人的建模主要包括如何确定机器人的d-h参数。在机器人工具箱中，可以通过函数来自动生成机器人的d-h参数，本文将介绍在MATLAB中机器人工具箱生成d-h参数，并对其进行详细讲解。
1. 基本介绍
机器人的d-h参数，全名为Denavit-Hartenberg参数，是一种用于描述机器人关节之间的位置关系的标准方法。通过确定机器人各关节之间的距离、长度、旋转角度等属性，可以建立机器人的运动模型，进而实现机器人的运动控制等功能。
在机器人工具箱中，可以通过直接设置机器人经d-h参数来实现机器人的建模。针对机器人的d-h参数，机器人工具箱提供了两种方法来完成参数的确定：手动输入法和自动计算法。下面我们将依次介绍这两种方法的具体实现过程。
tool工具箱 2. 自动计算方法
机器人工具箱中提供了一系列函数，可以通过直接调用这些函数来计算机器人的d-h参数。这些函数主要包括：
- DHparameters：用于生成机器人的d-h参数矩阵
- DHFactorization：用于分解机器人的d-h参数矩阵
- DYNparameters：用于计算机器人的动力学参数
- Link：用于创建机器人的链接对象
下面我们将以机器人Puma560为例，介绍自动生成d-h参数的具体步骤。
（1）创建链接对象
在MATLAB命令行窗口中，输入以下命令：
>> L1 = Link('d',0,'a',0,'alpha',pi/2,'offset',0)
上述命令的作用是创建一个名为L1的链接对象，用于描述机器人的第一关节。其中，'d'
表示链接对象相对前一关节坐标系在z方向上的偏移量，'a'表示链接对象相对前一关节坐标系在x方向上的偏移量，'alpha'表示链接对象相对前一关节坐标系的旋转角度，'offset'表示链接对象的初始位移。
接下来，我们可以通过将多个链接对象组合来创建机器人对象。在MATLAB命令行窗口中，输入以下命令：
>> p560 = SerialLink([L1 L2 L3 L4 L5 L6])
上述命令的作用是创建一个名为p560的机器人对象，其中SerialLink函数将六个链接对象组合起来，用于表示机器人Puma560的六个关节。
（3）生成d-h参数矩阵
>> p560_DH = p560.DHparameters()
上述命令的作用是调用p560对象的DHparameters函数，生成机器人Puma560的d-h参数矩阵。执行该命令后，系统会返回如下结果：
p560_DH =
复制代码
alpha(i) a(i) d(i) theta(i)
________________________________________
i=1 0.000 0.000 0.670 q1
i=2 -pi/2 0.431 0.000 q2-pi/2
i=3 pi/2 0.020 0.150 q3
i=4 pi/2 0.000 0.870 q4
i=5 -pi/2 0.000 0.000 q5
i=6 pi/2 0.000 0.070 q6
在上述结果中，alpha(i)表示第(i-1)个关节绕x轴旋转的角度，a(i)表示第(i-1)个关节沿着x轴位移的距离，d(i)表示第(i-1)个关节沿着z轴位移的距离，theta(i)表示第(i-1)个关节绕z轴旋转的角度。
3. 手动输入方法
在MATLAB中，我们也可以通过手动输入方法来确定机器人的d-h参数。具体步骤如下：
（1）确定机器人各关节的位姿
首先，我们需要确定机器人各关节的位姿。在机器人工具箱中，用Link函数来创建机器人的链接对象，可以通过设置字典变量来确定链接对象的位姿，如下所示：
（2）设置机器人的初始姿态
除了确定各关节的位姿之外，还需要设置机器人的初始姿态，包括机器人的工作空间、机器人的末端执行器（End Effector）等信息。在机器人工具箱中，可以通过函数Teach做到这一点。在MATLAB命令行窗口中，输入以下命令：
>> teach(p560)
上述命令的作用是使用机器人对象p560来启动Teach窗口。在Teach窗口中，可以设置机器人的初始姿态、运动轨迹等信息，并实时观察机器人的运动状态。
其中，q为机器人的关节角度向量，表示机器人的当前关节角度。
4. 案例应用
在以上的两种方法中，我们介绍了如何通过自动计算和手动输入方法来生成机器人的d-h参数。为了更好地理解这些方法的实际应用，下面我们以常见的机器人Puma560为例，介绍如何通过机器人工具箱来实现这些操作。
对于Puma560机器人，其d-h参数如下所示：
我们可以通过以下的MATLAB命令来在机器人工具箱中创建Puma560机器人对象：
>> L1 = Link([0 0 0 pi/2]);
>> L2 = Link([0 -0.4318 0 -pi/2]);
>> L3 = Link([0.0203 0.0203 0 pi/2]);
>> L4 = Link([0 0.4318 0 pi/2]);
>> L5 = Link([0 0 0 -pi/2]);
>> L6 = Link([0 0.0762 0 pi/2]);
>> p560 = SerialLink([L1 L2 L3 L4 L5 L6]);
接下来，我们可以运行fkine函数来检验上述d-h参数的准确性。在命令行窗口中输入以下命令：
结果如下所示：
T =
-1.0000 0 0 0.4318
0 0 -1.0000 -0.1490
0 1.0000 0 0.0203
0 0 0 1.0000
上述结果表示关节角度向量为[0 0 0 0 0 0]时，机器人处于的末端姿态。我们可以进一步对机器人进行仿真，观察机器人的运动状态。在命令行窗口中输入以下命令：
>> q = [0 0 0 0 0 0];
>> p560.plot(q)
上述代码会在MATLAB中打开一个3D展示窗口，展示机器人Puma560的动态运动。通过更改关节角度向量q，可以实现机器人的不同运动状态。
5. 结语
以上介绍了在MATLAB机器人工具箱中生成机器人d-h参数的两种方法：自动计算法和手动输入法。这些方法可以帮助我们快速建立机器人的运动模型，并在机器人工具箱中模拟、仿真机器人的运动状态。通过不断实践和学习，我们可以更好地掌握机器人的运动控
制技术，为机器人应用开发打下坚实基础。
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