[發(fā)明專利]一種基于ROS系統(tǒng)的機械臂建模及運動規(guī)劃實現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710056239.4
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN106846468B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張光肖
• 申請（專利權(quán)）人: 南京阿凡達(dá)機器人科技有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;B25J9/16
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔;劉輝

1.一種基于ROS系統(tǒng)的機械臂快速建模及運動規(guī)劃實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：繪制機械臂各個零部件三維模型；

步驟2：創(chuàng)建和保存機械臂各個零部件三維模型的坐標(biāo)系；

所述步驟1和步驟2中，機械臂零部件三維模型的繪圖環(huán)境包括Solidworks、UG、Creo、CATIA、Pro/E、CAD，最終保存文件的格式為STL文件；

步驟3：編寫基于XML的機械臂描述文件：根據(jù)ROS系統(tǒng)支持的模型描述句柄，通過引用步驟2中保存的STL模型文件，創(chuàng)建機械臂模型的描述文件，采用一種ROS系統(tǒng)良好支持的機械臂模型描述文件編程框架，編程后保存的文件格式為xacro格式；或者將所有STL模型文件替換為采用DAE格式文件；然后配置ROS系統(tǒng)中的RViz對已經(jīng)編寫完成的模型在可視環(huán)境內(nèi)進(jìn)行驗證，單獨驅(qū)動機械臂的每個關(guān)節(jié)驗證其運動方式和運動范圍是否符合預(yù)期；

所述一種ROS系統(tǒng)良好支持的機械臂模型描述文件編程框架由聲明和定義、關(guān)節(jié)定義兩個部分組成，其中，聲明和定義又包含聲明XML版本和機械臂名稱、聲明顏色信息、聲明程序用常量、關(guān)節(jié)傳動參數(shù)宏定義；

步驟4：解算基于ROS系統(tǒng)的機械臂運動規(guī)劃：

41. 調(diào)用MoveIt 配置助手MoveIt Setup Assistant Tool，將步驟3中創(chuàng)建的描述文件作為其輸入文件，配置生成MoveIt初始化程序模塊；如果不做修改本初始化程序包默認(rèn)采用的運動規(guī)劃算法庫為OMPL；

42. 編寫MoveIt接口程序模塊；接口程序模塊的作用是將用戶預(yù)定義的工作空間點或者將傳感器檢測到的空間點傳送至上一步配置生成的MoveIt初始化程序包，進(jìn)行運動規(guī)劃并產(chǎn)生相應(yīng)的運動消息隊列；

步驟5：實現(xiàn)系統(tǒng)通信及機械臂運動控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ROS系統(tǒng)的機械臂快速建模及運動規(guī)劃實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟2中，按照一定的規(guī)則創(chuàng)建各個零部件的坐標(biāo)系；

所述坐標(biāo)系創(chuàng)建規(guī)則如下：

21.所創(chuàng)建的坐標(biāo)系為右手笛卡爾坐標(biāo)系；

22.坐標(biāo)系的原點選擇位于零部件底部所在的平面之內(nèi)；

23.坐標(biāo)系原點選擇在三維模型的對稱中心位置；

24.所設(shè)置的坐標(biāo)系原點必須可定位，即可以計算出坐標(biāo)系原點距離三維模型外邊界的距離。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ROS系統(tǒng)的機械臂快速建模及運動規(guī)劃實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟2中創(chuàng)建各個零部件的坐標(biāo)系的過程如下：

首先選取需要創(chuàng)建坐標(biāo)系的零件模型的某一個外輪廓所在的平面作為底部平面；

然后將該平面作為坐標(biāo)系創(chuàng)建的基準(zhǔn)平面，然后在該平面上創(chuàng)建坐標(biāo)系的原點，該原點的位置設(shè)置在零件的對稱平面或中心轉(zhuǎn)軸上；

最后，需要創(chuàng)建的坐標(biāo)系Z軸的方向為垂直向上，X軸的方向為沿著“屏幕”向內(nèi)，Y軸指向左側(cè)，分別于X軸、Z軸垂直，至此零件的參考坐標(biāo)系創(chuàng)建完成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ROS系統(tǒng)的機械臂快速建模及運動規(guī)劃實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟3中，利用已經(jīng)保存的模型文件快速創(chuàng)建機械臂的描述文件，具體步驟如下：

31：聲明xml版本及機械臂名稱；

32：利用RGBA格式創(chuàng)建零部件模型的顏色信息并聲明其他常量；

33：編寫機械臂傳動部分宏定義；

34：引用已經(jīng)保存的模型文件及所創(chuàng)建坐標(biāo)系的具體位置信息，創(chuàng)建機械臂的關(guān)節(jié)和連桿，同時包含碰撞檢測模型；

35：關(guān)節(jié)傳動屬性確定并保存機械臂描述文件。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于ROS系統(tǒng)的機械臂快速建模及運動規(guī)劃實現(xiàn)方法，其特征在于，所述步驟5中，編寫基于ROS的通信控制程序模塊，將規(guī)劃出的運動軌跡發(fā)送至機械臂的運動控制模塊并讀取機械臂的實時位姿；機械臂接收到運動信息序列并驅(qū)動機械臂的執(zhí)行單元按照其包含的運動信息做出運動并實時采集機械臂的運動信息發(fā)送至通信控制程序。