[发明专利]一种基于ROS的打磨机械臂控制系统

说明书

一种基于ROS的打磨机械臂控制系统，属于打磨机械臂运动控制领域。解决了现有工业机器人大多只能完成单一的工作任务，无法针对不同复杂的工件进行打磨的问题。本发明所述系统基于ROS系统框架实现，根据工件表面在线规划最优的打磨轨迹，并在物理仿真平台中验证打磨轨迹的可行性。从而提高了打磨工件的通用性和系统的扩展性，适用于各种复杂曲面的工件。本发明采用变阻抗参数的力/位混合控制方法，从而使机械臂在不同的打磨受力阶段保证力控响应速度和力控精度。本发明适用于工件机械臂打磨控制。

技术领域

本发属于打磨机械臂运动控制领域。

背景技术

目前，人工打磨仍然是小型毛坯件加工的主要方式，为了提高打磨的自动化水平和产品质量，机械臂打磨技术的研究受到越来越多的关注。相较于专用打磨机床，机械臂具有灵活的操作空间，能完成对任意复杂曲面的工件进行打磨。同时，机械臂打磨可以提高打磨产品的一致性，降低成本，减少对工人的伤害。因此，机械臂打磨技术在工业生产中具有重要意义和价值。

机械臂的运动轨迹规划和力控方法是实现机械臂打磨任务的重点研究的关键技术。现有的工业机器人大多只能完成单一的工作任务，运动轨迹也只适用于一种工件，无法针对不同复杂的工件进行打磨。并且，大多数打磨机器人采用位置控制方法，难以提高打磨的质量。因此，能够实现不同打磨工件的打磨机器人是非常有必要的。

发明内容

本发明是为了解决现有工业机器人大多只能完成单一的工作任务，无法针对不同复杂的工件进行打磨的问题，提出了一种基于ROS的打磨机械臂控制系统。

本发明所述一种基于ROS的打磨机械臂控制系统，该系统基于ROS系统框架实现，所述控制系统包括打磨轨迹规划器、机械臂关节轨迹规划器、ROS控制器、物理仿真平台、机械臂控制器、关节状态检测单元和三维显示模块；

打磨轨迹规划器用于通过机械臂末端实时点云数据，计算出工件需要打磨掉的区域，并获取工件打磨轨迹；

机械臂关节轨迹规划器用于根据工件打磨轨迹，利用改进的RRT算法获取带有时间信息的完整机械臂末端轨迹，然后根据逆运动学算法计算获得机械臂关节的期望运动轨迹；

ROS控制器根据机械臂关节的期望运动轨迹，关节状态信息，计算关节的控制信号；并将控制信号发送至物理仿真平台；

物理仿真平台接收控制信号对机械臂进行工件打磨仿真试验，并将仿真试验的数据发送至ROS控制器和三维显示模块；

所述ROS控制器根据仿真试验数据判断在仿真实验中机械臂是否与自身或障碍物产生碰撞，若是，则将机械臂的仿真运动轨迹及碰撞信息发送至机械臂关节轨迹规划器；若仿真实验中机械臂没有产生碰撞，将为关节控制信号发送给机械臂控制器；

机械臂关节轨迹规划器还根据机械臂的仿真运动轨迹及碰撞信息调整机械臂关节的期望运动轨迹；直至物理仿真平台的机械臂的仿真实验中不再发生碰撞；

机械臂控制器接收机械臂关节的期望运动轨迹，根据打磨任务过程的相互作用力和实际机械臂的关节状态，计算出机械臂的控制量，对机械臂的执行器进行控制；所述执行器用于驱动机械臂的关节运动；

三维显示模块用于对物理仿真平台的仿真运动过程进行三维显示。

进一步地，本发明中，

打磨轨迹规划器包括点云数据库、滤波器和计算规划模块；

点云数据库用于存储机械臂末端实时点云数据；

滤波器用于对机械臂末端实时点云数据进行滤波；

计算规划模块利用滤波后的点云数据，根据迭代最近点算法计算出工件需要打磨掉的区域，并利用投影算法将平面打磨掉的区域投影到工件表面上，得到工件打磨轨迹。

进一步地，本发明中，