在 Simulink 中实现机械臂的 CAN 网络

此示例使用:

以下示例说明如何使用 Vehicle Network Toolbox™ 和 Simulink® 实现远程操作臂中的控制器局域网 (CAN)。

Vehicle Network Toolbox 提供了 Simulink 模块，用于通过 Simulink 模型在控制器局域网 (CAN) 上传输和接收实时报文。此示例使用 CAN Configuration、CAN Pack、CAN Transmit、CAN Receive 和 CAN Unpack 模块来执行 CAN 总线上的数据传输。使用的 CAN 报文在 CAN 数据库文件 canDatabaseFor6DofRoboticArm.dbc 中定义。

此示例使用 MathWorks® 虚拟 CAN 通道。您也可以将模型连接到其他支持的硬件。

模型描述

该模型由以下子系统组成：操作臂系统、反向动力和控制器、关节 CAN 传输接口、关节 CAN 接收接口、反向动力和控制器 CAN 传输接口，以及反向动力和控制器 CAN 接收接口。每个关节加上反向动力和控制器子系统构成了 CAN 总线中的一个节点。

用户输入末端操纵装置的位置坐标（X、Y 和 Z，以米为单位）和姿态（滚转、俯仰和偏转，以度为单位，在 body-3 中，顺序为 2-3-1）。反向动力和控制器子系统接收通过 CAN 总线从关节角度传感器发送过来的反馈，并通过 CAN 总线向每个关节电机发送适当的命令，以使末端操纵装置的位置和方向到达用户输入的值。

假设远程操作臂连接到太空轨道上的航天器。在这种情况下，重力被忽略。

操作臂系统

该子系统由远程操作臂的刚体模型组成，使用 Simscape Multibody 2G 建模。该操作臂有六个关节。每个关节由带变速箱的直流电机驱动，使用 Simscape Foundational Library 建模。每个关节还有一个关节角度传感器。传感器数据发送到 CAN 总线。每个电机由受控电压源供电。电压源从 CAN 总线接收报文，并在与报文中的信息对应的各终端上施加 DC 电压。

反向动力和控制器

反向动力和控制器子系统进一步实现反向动力和控制算法。反向动力根据用户输入的所需位置（X、Y 和 Z）和方向（滚动、俯仰和偏转，以度为单位）计算所需的关节角度。离散 PID 控制器利用从 CAN 总线读取的关节角度传感器值来确定应施加到每个电机的直流电压，以将关节角度驱动到所需的值。直流电压值作为报文在 CAN 总线中发送。