Antes de entrar en materia, vamos a cargar en Matlab una librería con algunas utilidades que utilizaremos durante el curso. Para ello procedemos de la misma manera que para cargar cualquiera de las cientos de utilidades que existen para este entorno:
1) Desde Matlab desplegamos el menú Add-Ons y abrimos el entorno Get Add-Ons
2) En la nueva ventana escribimos en su buscador la palabra "SimurTools", y aparecerá a continuación
3) Pulsamos en la misma, damos OK para aceptar descargas, y al botón "Add" de la esquina superior derecha
4) Metemos las credenciales de Matlab si se nos requieren, y en segundos veremos la etiqueta "Installed" en el logo
Ya podemos cerrar el Adds-on explorer. Probemos ya en Matlab help simurtb_roboticsrelated para asegurarnos de que está instalada y el path correctamente actualizado. La librería SimurTools incluye entre otras cosas el modelo de un robot muy sencillo (de dos eslabones) con el que haremos nuestras primeras simulaciones.
Matlab incluye un sistema para el modelado de sistemas físicos llamado Simscape, que se integra en Simulink. Vamos a importar un modelo de un sencillo robot de 2 ejes que tenemos codificado en formato urdf en la librería del curso.
Hacerse una idea general sobre qué es el formato URDF para describir robots
Utilizar el modelo URDF del ibr120 disponible en nuestra librería para importarlo en Matlab (rigid body tree):
>> model1 = importrobot('abb_irb_120d_ejes12.urdf');
3. Convertir el modelo de matlab en modelo de Simscape (simscape multibody model ):
>> model2 = smimport(model1);
Explorar los eslabones (links). Cada uno queda definido por una matriz de inercias y un modelo geométrico dado por un archivo de CAD (visual ), referenciados mediante un sistema de referencia local (transform). En alguna parte del eslabón se engancha la articulación para el siguiente eslabón.
Explorar las articulaciones (joint). Definen un eje de rotación (o traslación) que ser actuado por posición, velocidad o par. También podemos obtener un cálculo (sensing) de dichas magnitudes.
Esto es ya un modelo de Simscape, y podemos modificarlo y guardarlo en un archivo.
Resolviendo el modelo (Run) obtenemos también una representación gráfica del mismo:
En este caso vemos los elementos antes mencionados en el menú de la izquierda. También podemos visualizar cada sistema de referencia: en el ejemplo hemos marcado el que define el elemento "tool0 ".
Una vez importado nuestro modelo vamos a hacer que se mueva introduciendo señales de referencia a sus ejes.
El modelo tiene articulaciones (joints) que debemos modificar para introducir la señal del actuador. En la figura se introduce como referencia articular de cada eje una señal de posición angular. También podemos definir otras opciones de la articulación, como los límites articulares operativos, para evitar movimientos imposibles en el robot real. Para meter una señal de posición generada con Simulink debemos utilizar la conversión Simulink-PS en su unidad adecuada, radianes en este caso.
(Para este ejemplo concreto también hay que dejar que Simscape calcule velocidades y aceleraciones por su cuenta, para lo que hay que dar a la opción de filtro de segundo orden en el conversor Simulink-PS).
Para generar señales hay muchas posibilidades, desde los bloques básicos de señales, hasta el Signal Editor de simulink que ya manejamos algo en el curso Simulink Onramp .
Antes importamos un modelo en nuestra librería de un robot codificado en formato URDF. Con smimport podemos también leer directamente archivos exportados de CAD en formato xml.
>> [model2, importInfo] = smimport('robot_cad.xml');
Esta importación nos crea un archivo script de matlab (robot_cad_Datafile.m) con los parámetros necesarios para poder correr el modelo slx creado.
Si en un momento dado necesitamos el modelo en formato Matlab (rigid body tree) podemos generarlo a partir del modelo de simscape creado anteriormente:
>> model1 = importrobot('robot_cad.slx');
En la ayuda de matlab leemos la siguiente explicación:
[H,dataFileName] = smimport(modelSource) creates a Simscape Multibody model from a CAD, URDF, or Robotics System Toolbox model.
modelSource is the name of the file or object containing the model or, for CAD import, an intermediate representation of it. CAD models must be in XML files, URDF models in URDF files, and Robotics System Toolbox models in RigidBodyTree objects. XML files must conform to the Simscape Multibody XML schema and URDF files must conform to the URDF specification.
El típico software de diseño mecánico CAD, como SolidWorks, suele incluir herramientas de exportación a formato xml compatible con Simscape (https://es.mathworks.com/help/physmod/smlink/ref/linking-and-unlinking-simmechanics-link-software-with-solidworks.html):
1) Modificar el modelo de este robot ABB de dos ejes, para familiarizarse con
la representación gráfica y los cambios de perspectivas y visualizaciones
los sistemas de coordenadas asociados a cada eslabón
los parámetros asociados a cada elemento representado (eslabones o links)
los parámetros asociados a cada articulación de movimiento de los eslabones (joints)
2) Importar un modelo propio sencillo de un mecanismo hecho en Solidworks y animar su movimiento de manera análoga a como hicimos con el ABB de dos ejes.