复合机器人控制平台的设计与实现.pdf
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1、自动化技术与应用 Automation Technology and Application66 今日制造与升级 2023.70引言目前在人类社会中复合机器人正在逐步运用于劳动生产以及生活服务中,不仅帮助人们处理在生活中的重复繁琐事务,降低了工作中的工作强度,还进一步提高了社会生产,复合机器人正慢慢融入人类的生产生活中。文中提出了一种复合机器人平台的设计方案,该平台由自主移动底盘控制节点、机械臂控制节点、上位机控制软件、ROS消息中间件4个模块组成。在实验测试中,实验人员可向控制平台提供不同机械臂和自主移动底盘的尺寸参数以及坐标转换关系进行验证。另外,在实验平台设计过程中,复合机器人的功能添加
2、采用了静态工厂模式。因此,该实验控制平台可兼容不同种类的复合机器人,方便实验人员进行调试以及易于进行版本的迭代。1总体设计基于 ROS 的复合机器人控制平台由机械臂、自主移动底盘、上位机控制软件、ROS 消息中间件模块组成。其中,上位机控制软件负责机械臂的末端控制、关节控制以及机械臂的状态显示等功能,ROS 消息中间件模块负责处理上位机控制软件向自主移动底盘以及机械臂发送的控制信息,自主移动底盘则负责进行建图与定点导航,机械臂负责夹取物品。同时,在 ROS 中所有的应用以分布式节点的形式存在,可负责接收处理上位机软件传来的话题消息进行处理,并将处理完成的数据通过第三方接口以意图的形式发送给机械
3、臂以及与上位机软件进行通信的工具 ROS 控制器。ROS 控制复合机器人流程框架如图1所示。2复合机器人的平台搭建2.1复合机器人模型加载该实验控制平台基于 Linux 操作系统,选取 ROS 中的 Gazebo 和 Rviz。Rviz 是一个可以用来测试机器人运动学的动态仿真工具,而 Gazebo 包含了动力学仿真引擎,在这两个工具中能够进行复合机器人的仿真。此外 Gazebo摘要文章在机器人操作系统(Robot Operating System,ROS)的基础上设计了一种复合机器人控制平台,该控制平台包括机械臂、自主移动底盘、上位机控制软件、ROS 消息中间件模块等。其中,上位机控制软件负
4、责机械臂的末端控制、关节控制以及机械臂的状态显示等功能;ROS 消息中间件模块负责处理上位机控制软件向自主移动底盘以及机械臂发送的控制信息。在该控制平台中,需要提供机械臂和自主移动底盘的连杆数据以及坐标变换关系,供不同种类的复合机器人使用,提高了复用性与兼容性。实验结果证明,该复合机器人控制平台还具有方便维护等优点。关键词定位;导航;机械臂;底盘;上位机软件;ROS 消息中间件模块中图分类号TP242.6 文献标志码A复合机器人控制平台的设计与实现张超越1,林静珊1,许兆丰2,肖钊俊1(1.广州华立科技职业学院,广东广州 511300;2.广东工业大学,广东广州 511400)图ROS控制复合
5、机器人流程框架自动化技术与应用 Automation Technology and Application2023.7 今日制造与升级 67中支持创建自定义的传感器包括激光雷达、超声以及相机,还能在周围环境中添加灯光效果以及停车场、路障与围墙。2.2复合机器人控制器的连接配置ROS 是使用硬件接口、传动接口等把应用与机器人连接在一起的工具箱,其中包含大量的控制器,如关节角度控制器、关节力矩控制器等。因此,在使用不同的方式控制机械臂之前需要去加载对应的控制器。如图2所示,关节角度控制器处在最上层,其关节角数据经过关节控制命令接口处理成关节力矩;随后关节力矩在机器人模拟硬件,并进一步处理成电机力矩
6、输出,再传输到机器人的电机控制器中;机器人中的编码器将机器人的实时情况传送给机器人模拟硬件,并转换成弧度制的关节角度信息后,再通过相关接口反馈给控制器。ROS 将应用和机械臂进行连接,最后应用可以访问各个控制器得到的数据。图2ROS 控制器的工作流程2.3复合机器人模型的个性化定制URDF(UnifiedRobotDescriptionFormat)文件是一种基于 XML 规范、用于描述机器人的一系列关节与连杆的相对关系、惯性属性、几何特点和碰撞模型的文档。从机构学角度讲,机器人通常被建模为由连杆和关节组成的结构。连杆是带有质量属性的刚体,而关节是连接、限制两个刚体相对运动的结构。关节也被称为
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