[發明專利]一種基于ROS的打磨機械臂控制系統在審

申請號：	202010973916.0	申請日：	2020-09-16
公開（公告）號：	CN112091991A	公開（公告）日：	2020-12-18
發明（設計）人：	張國軍;倪風雷;劉宏;李志奇;林鵬飛	申請（專利權）人：	哈爾濱工業大學
主分類號：	B25J11/00	分類號：	B25J11/00;B25J9/16
代理公司：	哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213	代理人：	楊曉輝
地址：	150001 黑龍***	國省代碼：	黑龍江;23
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于 ros 打磨機械控制系統
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【說明書】：

一種基于ROS的打磨機械臂控制系統，屬于打磨機械臂運動控制領域。解決了現有工業機器人大多只能完成單一的工作任務，無法針對不同復雜的工件進行打磨的問題。本發明所述系統基于ROS系統框架實現，根據工件表面在線規劃最優的打磨軌跡，并在物理仿真平臺中驗證打磨軌跡的可行性。從而提高了打磨工件的通用性和系統的擴展性，適用于各種復雜曲面的工件。本發明采用變阻抗參數的力/位混合控制方法，從而使機械臂在不同的打磨受力階段保證力控響應速度和力控精度。本發明適用于工件機械臂打磨控制。

技術領域

本發屬于打磨機械臂運動控制領域。

背景技術

目前，人工打磨仍然是小型毛坯件加工的主要方式，為了提高打磨的自動化水平和產品質量，機械臂打磨技術的研究受到越來越多的關注。相較于專用打磨機床，機械臂具有靈活的操作空間，能完成對任意復雜曲面的工件進行打磨。同時，機械臂打磨可以提高打磨產品的一致性，降低成本，減少對工人的傷害。因此，機械臂打磨技術在工業生產中具有重要意義和價值。

機械臂的運動軌跡規劃和力控方法是實現機械臂打磨任務的重點研究的關鍵技術。現有的工業機器人大多只能完成單一的工作任務，運動軌跡也只適用于一種工件，無法針對不同復雜的工件進行打磨。并且，大多數打磨機器人采用位置控制方法，難以提高打磨的質量。因此，能夠實現不同打磨工件的打磨機器人是非常有必要的。

發明內容

本發明是為了解決現有工業機器人大多只能完成單一的工作任務，無法針對不同復雜的工件進行打磨的問題，提出了一種基于ROS的打磨機械臂控制系統。

本發明所述一種基于ROS的打磨機械臂控制系統，該系統基于ROS系統框架實現，所述控制系統包括打磨軌跡規劃器、機械臂關節軌跡規劃器、ROS控制器、物理仿真平臺、機械臂控制器、關節狀態檢測單元和三維顯示模塊；

打磨軌跡規劃器用于通過機械臂末端實時點云數據，計算出工件需要打磨掉的區域，并獲取工件打磨軌跡；

機械臂關節軌跡規劃器用于根據工件打磨軌跡，利用改進的RRT算法獲取帶有時間信息的完整機械臂末端軌跡，然后根據逆運動學算法計算獲得機械臂關節的期望運動軌跡；

ROS控制器根據機械臂關節的期望運動軌跡，關節狀態信息，計算關節的控制信號；并將控制信號發送至物理仿真平臺；

物理仿真平臺接收控制信號對機械臂進行工件打磨仿真試驗，并將仿真試驗的數據發送至ROS控制器和三維顯示模塊；

所述ROS控制器根據仿真試驗數據判斷在仿真實驗中機械臂是否與自身或障礙物產生碰撞，若是，則將機械臂的仿真運動軌跡及碰撞信息發送至機械臂關節軌跡規劃器；若仿真實驗中機械臂沒有產生碰撞，將為關節控制信號發送給機械臂控制器；

機械臂關節軌跡規劃器還根據機械臂的仿真運動軌跡及碰撞信息調整機械臂關節的期望運動軌跡；直至物理仿真平臺的機械臂的仿真實驗中不再發生碰撞；

機械臂控制器接收機械臂關節的期望運動軌跡，根據打磨任務過程的相互作用力和實際機械臂的關節狀態，計算出機械臂的控制量，對機械臂的執行器進行控制；所述執行器用于驅動機械臂的關節運動；

三維顯示模塊用于對物理仿真平臺的仿真運動過程進行三維顯示。