[发明专利]一种基于ROS的机械手运动规划和仿真系统

说明书

本发明公开了一种基于ROS的机械手运动规划和仿真系统，该系统包括运动规划和仿真平台以及机械手本体控制模块。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、数据处理模块和图像显示模块以及基于QT开发的上位机界面。机械手本体控制模块包括工控机、伺服控制单元、机械手本体和编码器等部件。本发明能够直接用于多种机械手，完成机械手的运动路径规划和状态仿真再现，根据实际机械手远程作业需求，通过智能路径规划得到机械手的运动路径点数据，能够将真实机械手位姿状态以及规划得到的路径在虚拟机械手上进行复现，从而辅助操作人员操作。

技术领域

本发明属于机械手运动规划和虚拟仿真技术领域，尤其涉及一种基于ROS的机械手运动规划和仿真系统。

背景技术

当前，由于自动化技术的不断进步，机械手在各行各业中的应用越来越多。其中，远程遥操作机械手因其远距离操作的特性，常用于在危险、恶劣等人类无法进入的环境中执行任务，从而保证作业人员的生命安全。随着各种危险环境中的作业需求的增加，远程遥操作机械手得到了广泛的使用。

远程遥操作机械手在作业过程中，通常需要作业人员根据装在机械手上的摄像头传回视频图像观察作业场景，结合远距离观察到的机械手位姿状态，远程控制机械手的作业。在一些不能加装外置传感器且很难直接观察到机械手的特殊作业场景中，作业人员不能及时确定机械手的位姿状态，对操作人员技能要求较高，机械手操作过程中存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于ROS的机械手运动规划和仿真系统，解决现有机械手操作控制作业困难的问题。通过对机械手运动路径的智能规划，可以为操作人员控制机械手提供可行性路径建议，此外结合仿真平台可以实时再现机械手的运动位姿，减少控制延时，提升操作的安全性。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于ROS的机械手运动规划和仿真系统，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。

本发明一种基于ROS的机械手运动规划和仿真系统与现有的技术相比，本发明的优点在于：(1)通过运动路径的智能规划与优化，可以方便的获取机械手运动到目标点的运动路径点数据，能够为操作人员操作真实机械手提供指导并由操作人员自主选择操作模式。(2)运动规划和仿真平台可以作为虚拟仿真平台，在三维模型空间中再现机械手的运动状态，避免了操作人员在遥操作过程中实时观察机械手的位姿状态，可以为作业人员提供培训及安全人机操作环境。(3)基于QT开发运动规划和仿真平台的上位机界面，可以方便的对相关功能进行集成，此外由于QT和ROS的可扩展性较高，在后期可以基于QT开发更多控制功能。(4)通过对真实机械手运动控制系统中部件进行去除得到简化后的真实机械手控制模型，简化后模型只包含工控机、伺服控制单元、机械手本体、编码器等部件，方便多种机械手运动规划及仿真系统的快速搭建。(5)通过分析机械手的运动学DH参数，再结合SolidWorks中的SW2URDF转换插件，可以方便的导出URDF文件，基于此可在ROS系统中快速搭建出与真实机械手完全一致的虚拟仿真模型。

附图说明

图1为本发明一种基于ROS的机械手运动规划和仿真系统总体构成示意图；

图2为本发明运动规划和仿真平台各模块之间协同工作流程图；