基于ROS的机器人运动规划和视觉定位方法研究

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针对目前工业机器人仍然采用传统的操作模式,智能化和自动化较低,因此本文以ABB机器人为研究对象,借助机器人操作平台,进行机器人的运动规划和视觉引导机器人工作的研究,本文的主要内容如下:首先,为了解熟悉ABB机器人的几何结构,通过D-H法对机器人进行正运动学分析,得到从机器人基座到末端的转换矩阵;采用封闭解法对机器人进行逆运动学求解。为机器人在工作空间中运动规划和避障仿真打下基础。其次,通过搭建软件平台将机器人模型和相机采集的环境信息集成到显示界面,并能够对机器人进行控制,实现后续视觉引导机器人进行避障、装配等工作。首先介绍了机器人操作系统(ROS)的结构和特点,使用URDF文件格式编写了机器人模型,之后对机器人进行运动学配置,生成ROS仿真软件所需要的运动规划配置文件。启动配置好的文件在可视化平台(Rviz)中进行运动控制。之后,为验证模型的运动学属性,在ROS仿真平台上对机器人进行了直线和曲线的轨迹规划。自定义一种线性插补算法后集成到Move It中进行运动仿真实验,机器人平稳运行,表明此插补算法的可行性。然后进行运动规划算法选择,阐述了RRT算法的原理以及缺点,提出改进RRT算法对路径进行优化,并通过仿真实验验证改进算法的优越性。最后,求出Kinect相机内外参数,对机器人和相机进行手眼标定并求出矩阵,验证手眼标定误差,证明该标定方法的可行性。在ROS平台中添加Kinect相机,加载机器人,建立Rviz控制界面和仿真机器人的联系,进行联合仿真。在物理环境下添加障碍物,将点云信息转换成Octomap地图,反馈到控制界面,引导物理平台下仿真机器人成功避障,验证了该视觉引导机器人避障方法的可行性。借助yolo v5算法给予相机识别物体的能力,并准确定位物体的位置,探测到待装配物体后,程序将物体位置转换到机器人坐标系下,机器人自动进行抓取和装配工作,通过仿真实验证明该方法的可行性。
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