[发明专利]一种基于ROS系统的机械臂建模及运动规划实现方法

权利要求书

1.一种基于ROS系统的机械臂快速建模及运动规划实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：绘制机械臂各个零部件三维模型；

步骤2：创建和保存机械臂各个零部件三维模型的坐标系；

所述步骤1和步骤2中，机械臂零部件三维模型的绘图环境包括Solidworks、UG、Creo、CATIA、Pro/E、CAD，最终保存文件的格式为STL文件；

步骤3：编写基于XML的机械臂描述文件：根据ROS系统支持的模型描述句柄，通过引用步骤2中保存的STL模型文件，创建机械臂模型的描述文件，采用一种ROS系统良好支持的机械臂模型描述文件编程框架，编程后保存的文件格式为xacro格式；或者将所有STL模型文件替换为采用DAE格式文件；然后配置ROS系统中的RViz对已经编写完成的模型在可视环境内进行验证，单独驱动机械臂的每个关节验证其运动方式和运动范围是否符合预期；

所述一种ROS系统良好支持的机械臂模型描述文件编程框架由声明和定义、关节定义两个部分组成，其中，声明和定义又包含声明XML版本和机械臂名称、声明颜色信息、声明程序用常量、关节传动参数宏定义；

步骤4：解算基于ROS系统的机械臂运动规划：

41. 调用MoveIt 配置助手MoveIt Setup Assistant Tool，将步骤3中创建的描述文件作为其输入文件，配置生成MoveIt初始化程序模块；如果不做修改本初始化程序包默认采用的运动规划算法库为OMPL；

42. 编写MoveIt接口程序模块；接口程序模块的作用是将用户预定义的工作空间点或者将传感器检测到的空间点传送至上一步配置生成的MoveIt初始化程序包，进行运动规划并产生相应的运动消息队列；

步骤5：实现系统通信及机械臂运动控制。

2.根据权利要求1所述的基于ROS系统的机械臂快速建模及运动规划实现方法，其特征在于，所述步骤2中，按照一定的规则创建各个零部件的坐标系；

所述坐标系创建规则如下：

21.所创建的坐标系为右手笛卡尔坐标系；

22.坐标系的原点选择位于零部件底部所在的平面之内；

23.坐标系原点选择在三维模型的对称中心位置；

24.所设置的坐标系原点必须可定位，即可以计算出坐标系原点距离三维模型外边界的距离。

3.根据权利要求2所述的基于ROS系统的机械臂快速建模及运动规划实现方法，其特征在于，所述步骤2中创建各个零部件的坐标系的过程如下：

首先选取需要创建坐标系的零件模型的某一个外轮廓所在的平面作为底部平面；

然后将该平面作为坐标系创建的基准平面，然后在该平面上创建坐标系的原点，该原点的位置设置在零件的对称平面或中心转轴上；

最后，需要创建的坐标系Z轴的方向为垂直向上，X轴的方向为沿着“屏幕”向内，Y轴指向左侧，分别于X轴、Z轴垂直，至此零件的参考坐标系创建完成。

4.根据权利要求1所述的基于ROS系统的机械臂快速建模及运动规划实现方法，其特征在于，所述步骤3中，利用已经保存的模型文件快速创建机械臂的描述文件，具体步骤如下：

31：声明xml版本及机械臂名称；

32：利用RGBA格式创建零部件模型的颜色信息并声明其他常量；

33：编写机械臂传动部分宏定义；

34：引用已经保存的模型文件及所创建坐标系的具体位置信息，创建机械臂的关节和连杆，同时包含碰撞检测模型；

35：关节传动属性确定并保存机械臂描述文件。

5.根据权利要求1所述的基于ROS系统的机械臂快速建模及运动规划实现方法，其特征在于，所述步骤5中，编写基于ROS的通信控制程序模块，将规划出的运动轨迹发送至机械臂的运动控制模块并读取机械臂的实时位姿；机械臂接收到运动信息序列并驱动机械臂的执行单元按照其包含的运动信息做出运动并实时采集机械臂的运动信息发送至通信控制程序。