KinematicsSolver
求解多体模型的运动学问题
描述
KinematicsSolver对象允许用户为他们的对象制定和数值求解运动学问题Simscape™多体™模型。您可以使用对象来解决标准正向和反向运动学问题，以及更一般的闭环运动学系统和多目标问题。
运动学问题由运动学变量表示。这些变量具有标量值，用于指定相应Simscape多体模型中帧之间的关系。有两种类型的运动学变量：关节和帧。关节变量对应于关节位置和速度状态，并在n对象已构造。您可以使用jointPositionVariables和联合概率变量对象函数。帧变量对应于模型中任意帧之间的位置和速度关系，必须使用addFrameVariables对象的功能。定义后，可以使用frameVariables对象的功能。
为了制定一个运动学问题，你必须为相关的运动学变量分配角色。有三种角色:目标、初始猜测和输出。属性将变量分配给这些角色addTargetVariables,addInitialGuessVariables,addOutputVariables目标函数。要解决指定变量的问题，请使用解决对象的功能。从初始状态开始，求解器试图找到与目标变量值一致的系统最终状态。初始状态是用初始猜想变量的值来合成的。未由初始猜测变量指定的初始状态被初始化为零。输出变量的值是从求解器返回的最终状态派生出来的。如果求解器无法找到一个满足所有目标的最终状态，它将尝试至少返回一个运动上可行的状态。
创建
语法
描述
ks=simscape.multibody.KinematicsSolver（模型名）KinematicsSolver中命名的模型的mdl．对象包含适合于运动学分析的模型的表示。表示是创建对象时模型的快照。对模型的后续更改不会传递到对象。如果有必要，创建一个新对象来捕获这些更改。
模型必须包含Simscape多体网络，在创建模型之前需要将模型加载到内存中KinematicsSolver对象。如果模型块具有MATLAB变量，则需要在模型工作区或MATLAB工作区中以数值方式定义这些变量KinematicsSolver对象忽略连接块的任何接触和几个参数，如国家的目标,限制,驱动,模式配置. 例如，在分析过程中，两个实体可以相互穿透，即使存在空间接触力连接它们的块。块参数设置为运行时在创建对象时计算，之后不能修改。
A.KinematicsSolver对象是句柄对象。从它创建的变量不包含对象的副本，而是对它的引用。该变量充当指针或句柄。修改句柄也会修改对象及其所有剩余句柄。复制一个KinematicsSolver对象并添加一个帧变量到拷贝中，例如，将帧变量添加到对象中，也添加到它可能拥有的任何其他句柄中。
ks= simscape.multibody.KinematicsSolver (___、名称、值)KinematicsSolver对象，其附加选项由一个或多个指定名称、值对参数。
属性
目标函数
例子
仿人机械臂的前进运动学
这个例子展示了如何计算的正运动学sm_import_humanoid_urdf模型。具体来说，它计算机器人手腕的位置为特定角度的肩膀和肘关节。
将人形机器人模型加载到内存中并创建一个
KinematicsSolver对象。对象包含模型的运动学表示和它所包含的所有关节变量的列表。mdl =“sm_import_humanoid_urdf”；load_system (mdl);颗= simscape.multibody.KinematicsSolver (mdl);添加到对象中，
fk，一组用于左手腕的框架变量。指定B框架的left_wrist关节为从动件，世界框架为基础。命名帧变量组手腕.对象现在有六个帧变量，三个用于x,Y,Z三为翻译组件x,Y,Z旋转组件。基础=“sm_import_humanoid_urdf /世界/ W”；追随者=“sm_import_humanoid_urdf / left_wrist / B”; addFrameVariables（fk，“手腕”,“翻译”基地,追随者);addFrameVariables(颗,“手腕”,“轮换”基地,追随者);
笔记
的路径
基地和追随者是从模型根到所需块的选定端口的完整块路径W港口的世界框架Block as the base and theB港口的left_wrist连接块作为从动件。使用
jointPositionVariables（fk）列出所有的关节变量。将肘关节(j2.Rz.q)、肩前关节(j6.Rz.q)和肩矢状关节(j7.Rz.q)指定为目标关节变量。jointPositionVariables（fk）targetId=[“j2.Rz.q”；“j6.Rz.q”；“j7.Rz.q”]；添加targetVariables（fk，targetId）；
使用
框架变量（fk）列出所有的帧变量并在手腕集团作为输出。帧变量（fk）输出ID=[“Wrist.Translation.x”；“Wrist.Translation.y”；．．.“Wrist.Translation.z”；“Wrist.Rotation.x”；“Wrist.Rotation.y”；“Wrist.Rotation.z”];addOutputVariables(颗outputIDs);
在给定肘关节、肩前关节和肩矢状关节角度的情况下，求解正向运动学问题
30.,45,45度。目标=(30、45,45岁);[outputVec, statusFlag] =解决(颗目标)
outputVec=0.2196 0.0584-0.0983 135.0000 0.0027-15.0000 statusFlag=1
这个
解决函数返回输出变量的值。值的排序与输出变量的排序相同。的默认单位M对于翻译组件，和度对于转动组件。这个状态标志表明所有的模型约束和目标变量都得到满足。查看解决方案。
viewSolution(颗);
关闭浏览器。
closeViewer（fk）；
仿人机器人手臂的运动学逆解
这个例子展示了如何计算逆运动学sm_import_humanoid_urdf模型。具体而言，它计算对应于所需腕部位置的肘关节和肩关节的角度。由于此问题有多个解决方案，因此使用肩关节角度的初始猜测来引导解算器找到所需的解决方案。金宝搏官方网站
将人形机器人模型加载到内存中并创建一个
KinematicsSolver对象。对象包含模型的运动学表示和它所包含的所有关节变量的列表。mdl =“sm_import_humanoid_urdf”；load_system (mdl);本土知识= simscape.multibody.KinematicsSolver (mdl);添加到对象中，
ik，一组用于右手腕的框架变量。指定B框架的right_wrist关节为从动件，世界框架为基础。命名帧变量组手腕．对象现在有三个帧变量x,Y,Z翻译部分。基础=“sm_import_humanoid_urdf /世界/ W”；追随者=“sm_进口_人形_urdf/右_手腕/B”；添加帧变量（ik，“手腕”,“翻译”基地,追随者);
笔记
的路径
基地和追随者是从模型根到所需块的选定端口的完整块路径W港口的世界框架Block as the base and theB港口的right_wrist连接块作为从动件。使用
frameVariables(反向)列出所有的帧变量并在手腕集团的目标。帧变量（ik）targetId=[“Wrist.Translation.x”；“Wrist.Translation.y”；“Wrist.Translation.z”]；添加目标变量（ik、targetID）；
笔记
分析中不需要所有的框架变量。你可以使用
frameVariables(反向)列出所有的框架变量，然后选择所需的变量进行分析。使用
jointPositionVariables（ik）列出所有关节变量，并将肘关节(j10.Rz.q)、肩额关节(j14.Rz.q)和肩矢状关节(j15.Rz.q)的关节变量赋值为输出。jointPositionVariables（ik）输出=[“j10.Rz.q”；“j14.Rz.q”；“j15.Rz.q”];addOutputVariables (ik outputIDs);
计算肘关节和肩膀对应的手腕位置的关节角度
(-0.16, -0.12, 0)．目标= (-0.16,-0.12,0);[outputVec, statusFlag] =解决(本土知识目标)
这个
解决函数返回输出变量的值——肘部、肩正面和肩矢状的旋转角度，每个都是默认的单位度．这个状态标志表明所有的模型约束和目标变量都得到满足。outputVec=-52.8384-71.6077 172.9586 statusFlag=1
在运动学求解器查看器中可视化解决方案，并确定其是否合理。
视图解决方案（ik）；
点击前视图按钮，以查看结果。
右手腕在正确的位置，但右臂的姿势不自然。请注意，此解决方案是该问题的可能解决方案之一。金宝搏官方网站您可以指定肩关节作为猜测变量，以获得更好的解决方案。
将肩部前额关节和肩部矢状关节变量设置为猜测变量，并再次运行分析，以进行以下旋转：
(90、90)度．猜测=[“j14.Rz.q”,“j15.Rz.q”];猜测=(90、90);addInitialGuessVariables (ik guessesIDs);[outputVec, statusFlag] =解决(ik目标,猜测)
这个
解决函数返回一个新的关节角度的解。outputVec = -52.8384 108.3891 55.5025 statusFlag = 1
单击更新可视化按钮
更新运动学求解器查看器以可视化结果。
关闭浏览器。
closeViewer(动力学);
另见
功能
frameVariables|initialGuessVariables|jointPositionVariables|联合概率变量|输出变量|targetVariables|addFrameVariables|addInitialGuessVariables|addOutputVariables|addTargetVariables|removeFrameVariables|removeInitialGuessVariables|removeOutputVariables|removeTargetVariables|clearFrameVariables|clearInitialGuessVariables|clearOutputVariables|clearTargetVariables|generateCode|setVariableUnit|解决|视图解决方案|closeViewer
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