基于ROS的机械臂实时控制系统研究

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在工业自动化生产过程中,机械臂的实时控制是一个技术难点,为了满足这个需求,本课题使用Linux系统下ROS平台进行机械臂实时控制系统设计,机械臂的实时操控在Linux这个典型分时系统下进行实现目前并不普及,需要为机械臂实时控制提供更多的方案。本文在ROS平台的基础上,针对将ROS与机械臂结合设计了一套基于ROS遨博机械臂实时控制系统;建立了以移动笔记本(机械革命,中国)搭载LinuxXenomai内核为内部基础,Gazebo为仿真平台,集合Move It工具进行机械臂正逆运动学解算器和路径规划算法的整套控制系统,提出了一种根据已有轨迹提取轨迹点并根据轨迹点改进机械臂运动路径的算法,主要研究内容及理论如下:(1)随着机械臂应用场景越来越广泛以及ROS平台的发展,通过ROS平台进行各种各样的机械臂控制系统的研究如火如荼。本文调研了相关研究的发展情况,同时确立了系统以搭载了ROS平台的Linux系统计算机为控制器,通过在计算机上设计控制界面以及路径规划功能完成控制系统设计的整体方案;(2)对搭载ROS的Linux系统计算机进行部分改造,即对移动笔记本电脑(机械革命,中国)上安装Linux系统,同时Xenomai实时微内核嵌入到Linux内核中进行实时任务的处理工作,在机械臂现场总线等硬件条件限定的情况下进一步的提高实时性;(3)应用Move It工具完成遨博机械臂实时控制系统的配置工作,其中包含了机械臂与障碍物之间的碰撞检测、机械臂末端正逆运动学计算、机械臂运动路径规划算法等功能,引用开源库进行配置,实现遨博机械臂在ROS平台下的控制工作;(4)应用Rviz可视化工具和Gazebo仿真平台进行实验设计的展示和仿真工作,完成在控制过程中的示教功能,同时可以在上位机上实时显示机械臂当前的实际位置与姿态,并调整控制过程中的机械臂位姿。(5)针对固定路径进行路径轨迹点的提取工作,同时针对轨迹点完成对机械臂运动路径算法的改进工作,对应用此方法所得到的算法进行实验,设计实验场景,搭建实验平台,完成实体遨博机械臂和仿真的实验验证工作。
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