[发明专利]一种基于ROS的机械手运动规划和仿真系统

权利要求书

1.一种基于ROS的机械手运动规划和仿真系统，特征在于，包括运动规划和仿真平台及机械手本体控制模块；

所述运动规划和仿真平台用于显示导入的多种机械手模型，指定机械手的目标位置，规划机械手的运动路径，将路径数据打包下发至机械手本体控制模块，此外还用于解析机械手本体控制模块上传的机械手实时关节状态数据和视频图像数据，以再现机械手状态和显示上传的视频图像数据，最后基于QT开发运动规划和仿真平台的上位机界面，将上述功能进行集成，在上位机界面中完成参数设置并发送控制指令；

所述机械手本体控制模块用于接收并解析运动规划和仿真平台下发的机械手运功路径点数据，经工控机处理通过伺服控制单元控制机械手本体运动；此外还用于将获取到的机械手实时关节状态数据和视频图像数据打包发送给运动规划和仿真平台，经数据编码和解码处理后，再现机械手的运动状态，并显示上传的视频图像。

2.根据权利要求1所述的基于ROS的机械手运动规划和仿真系统，其特征在于所述运动规划和仿真平台包括参数设置模块、路径规划模块、模型显示模块、数据处理和图像显示模块；

参数设置模块，用于设置机械手本体控制模块与运动规划和仿真平台之间互联的IP,设置机械手夹取目标的位置参数，发布机械手模型数据，以实现在模型显示模块中显示机械手三维模型；

运动规划模块，用于接收在参数设置模块中设置机械手夹取目标的位置参数，并在底层调用运动路径规划算法，求解得到机械手运动到目标点的路径点数据；

模型显示模块：用于显示机械手模型，接收数据处理模块中处理完的机械手关节数据，再现真实机械手的运动状态；

数据处理模块：用于处理机械手本体控制模块经ROS多机通信上传的机械手实时关节角度数据和视频图像数据，将数据进行解析并传送到模型显示模块和图像显示模块，还用于将运动规划模块得到的机械手运动路径数据打包，通过ROS多机通信将数据发送给机械手本体控制模块；

图像显示模块：用于显示机械手本体控制模块经ROS多机通信上传的视频图像数据。

3.根据权利要求2所述的基于ROS的机械手运动规划和仿真系统，其特征在于所述运动规划和仿真平台还包括基于QT开发的上位机界面，在上位机界面中能够进行参数的设置和指令的发布。

4.根据权利要求2所述的基于ROS的机械手运动规划和仿真系统，其特征在于，参数设置模块中发布机械手运动模型数据的过程如下：

步骤1：分析机械手本体结构和参数，利用DH参数法，建立机械手的运动学模型，得到DH参数表；

步骤2：参照DH参数表，在SolidWorks中对机械手的模型进行处理，设置机械手的运动关节和各个连杆，通过SW2URDF插件，得到机械手的URDF模型文件；

步骤3：利用MoveIt！ Setup Assistant配置所使用机械手的ROS功能包，在此可生成自碰撞矩阵、添加虚拟关节、添加规划组、添加机械手默认姿态、配置末端执行器、生成需要的pipeline的配置文件等操作，最终保存配置文件；

步骤4：通过生成的配置文件中.launch文件，发布机械手的模型数据；

步骤5：在运动规划和仿真平台模型显示模块中配置显示参数，即可在三维模型显示模块中，显示机械手的模型。

5.根据权利要求2所述的基于ROS的机械手运动规划和仿真系统，其特征在于，路径规划模块工作过程如下：

步骤1：设置机械手要到达的目标位置，包括两种方式：

方式1：设置每个关节的目标角度，包括机械手每个关节的角度和距离数据；

方式2：设置机械手末端执行器的目标位姿，包括三个位置数据和三个姿态数据；

步骤2：点击界面上的执行按钮，进行路径规划；

步骤3：分析场景中的所有障碍物，得到场景中所有障碍物的位置和大小等空间信息；

步骤4：综合以上数据，底层通过Moveit调用OMPL运动规划库，使用RRT*路径规划算法完成机械手运动路径的规划，包括实现关节空间的轨迹规划和笛卡尔空间的轨迹规划，最终得到机械手运动的路径点数据。