关键词：双机械臂系统;;ROS;;碰撞检测;;运动规划;;紧协调
摘 要：随着现代工业的发展和科学技术的进步,机器人技术已经渗透到了社会的各个领域。但传统的单臂机器人受制于环境,随着人们对工业、医疗、服务水平要求的不断提高,人们迫切希望机器人可以如人一样进行更为复杂精细的劳动。因此,亟需展开对双臂机器人相关技术的研究。由于ROS(Robot Operation System)开源机器人操作系统相比于许多传统的机器人开发系统具有更方便的通讯机制与更为友好的开发环境。所以,本论文主要基于ROS对双机械臂系统实验平台进行搭建并对双臂系统碰撞检测以及运动规划相关方法展开研究。首先,本文针对UR5机械臂运动学进行建模,采用数值法和分析法两种方法,并进行性能对比分析。分析了UR5的奇异性。其次,基于ROS搭建双机械臂系统仿真与实物平台,并在Rviz中显示。建立机械臂与上位机之间的联系,选择节点间通讯的消息类型,配置可实现机械臂运动规划的ROS主程序库Move It!,并基于Move It!进行运动规划实验。然后针对双机械臂在运动过程中可能发生碰撞的问题进行碰撞检测研究,针对层次包围盒法中的AABB和OBB算法进行研究,考虑双机械臂系统的特定空间结构,采用球体胶囊体包围盒法对双机械臂系统进行模型简化,提出碰撞检测方法。基于开源碰撞检测库FCL实现了双机械臂系统的避碰。接下来对机械臂运动规划算法进行研究,研究基于采样原理的PRM算法,并进行仿真验证。考虑PRM算法需要进行一些不必要的碰撞检测,采用改进PRM算法即Lazy PRM算法通过采用延迟碰撞检测的方法提高规划效率。并基于开源的运动规划库OMPL对两种算法的性能进行对比分析。最后,对双机械臂协调操作任务进行分类,针对具有复杂约束的紧协调操作方法展开研究。对双机械臂运动学中所涉及的约束问题展开研究,并对运动误差进行建模分析。基于双机械臂系统实验平台完成双臂紧协调运动规划实验。双臂甚至多臂协作机器人正在打造智能网络制造的新模式,实现机器与人的完美协同、共存共享,形成一个分享经济的时代。
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