[发明专利]一种基于模型设计的机械臂控制方法

权利要求书

1.本发明一种基于模型设计的机械臂控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、模型设计阶段，根据机械臂的用途以及功能，用SOLIDWORK软件对机械臂进行三维模型设计得到CAD文件；

步骤2、模型导出阶段，对步骤1得到的机械臂CAD文件配置导出URDF文件，导入ROS系统中的GAZEBO软件得到机器人模型，导入MATLAB软件中的SIMULIKN模块得到机器人模型；

步骤3、模型验证阶段，使用RVIZ软件对步骤2中得到GAZEBO软件中的机器人模型进行运动规划验证其正确性，使用MATLAB软件中的SIMULINK设计机械臂运动规划验证模型验证步骤2中得到的SIMULINK机器人模型进行运动规划验证其正确性，最后使用MATLAB软件中设计的MATLAB与ROS联合仿真的模型验证半实物仿真模型的正确性；

步骤4、实现物理样机测试运动学轨迹规划，验证物理样机的可靠性，完成机械臂控制。

2.根据权利要求1所述的本发明一种基于模型设计的机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：

步骤1.1、根据机械臂的用途及功能需求，通过SOLIDWORK软件设计出机械臂的三维模型CAD文件，驱动器选择总线舵机，处理器选择DSP控制器，该处理器在SIMULINK库中有仿真模型并且性能强大，传感器根据机械臂功能按需选择；

步骤1.2、根据步骤1.1中所设计的机械臂，使用3D打印机打印出机械臂的外部配件，使用步骤1.1中的驱动器和处理器以及传感器进行组装，组装出所需要的物理样机。

3.根据权利要求2所述的本发明一种基于模型设计的机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤2具体按照以下步骤实施：

步骤2.1、根据步骤1.1所设计的机械臂的CAD模型导出URDF文件，修改URDF文件，利用导出的URDF文件，建立LAUNCH启动文件，导入ROS系统的GAZEBO软件，搭建机械臂的GAZEBO仿真模型；

步骤2.2、根据步骤2.1导出的URDF文件导入MATLAB软件搭建机械臂的SIMULINK机械臂仿真模型。

4.根据权利要求3所述的本发明一种基于模型设计的机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤3具体按照以下步骤实施：

步骤3.1、把步骤2.1中的URDF文件导入ROS系统的RVIZ软件，搭建机械臂的RVIZ仿真模型，启动步骤2.1中的LAUNCH启动文件验证ROS系统中仿真模型的正确性，使用运动框架MOVEIT对RVIZ软件中的机器人模型进行运动学轨迹规划模型验证；

步骤3.2、根据步骤2.2中所搭建的机械臂SIMULINK模型，设计SIMULINK控制器搭建机械臂运动学轨迹规划验证模型以及所述控制系统的中的控制器中的前馈控制和PID控制策略，并调节所述控制系统的各个参数，验证SIMULINK模型的正确性，预留控制器模块接口验证控制算法，方便后期的算法改进与验证；

步骤3.3、接下来进行MATLAB与ROS联合仿真，通过对比步骤3.1与3.2中的机械臂模型验证模型正确性，为进一步确定所设计控制系统的可靠性，使用MATLAB中的控制器控制ROS环境中的机器人模型，用ROS环境中的机器人模型代替物理样机模型进行测试，验证MATLAB与ROS联合仿真实现半实物仿真的可行性，调试无误后最后进行软硬件联合仿真。

5.根据权利要求4所述的本发明一种基于模型设计的机械臂控制方法，其特征在于，所述步骤4具体按照以下实施：在MATLAB与ROS联合仿真模型验证无误的情况下，利用步骤3.3中的MATLAB与ROS联合仿真模型，利用其中的MATLAB控制器控制搭载ROS控制系统的物理样机，实现软硬件仿真；然后将仿真模型中控制器部分自动生成C代码，对机械臂控制系统进行软硬件调试，将C代码与机械臂物理样机底层驱动代码编译调试，优化系统调试，完成对机械臂的控制。