基于ROS的码垛机器人运动仿真及轨迹规划中摘要

摘要
码垛机器人作业具有占地面积小、作业范围广、多生产线作业等特点，可以提高生产效率、实现生产线柔性化加工以及减少人工成本，而且能够提高作业稳定性进而提高产品的质量。由于作业速度的提高，以及工作环境的复杂性，一方面要求机器人轨迹运动过程的平稳，另一方面可以避开环境中己知的障碍物。课题围绕码垛机器人运动仿真以及轨迹规划功能展开，进行运动学建模与分析，对其工作空间进行求解，基于ROS系统进行仿真平台的搭建，进行笛卡尔空间和关节空间的轨迹规划研究，进行机器人仿真实验。

本文首先对码垛机器人的构型进行分析与简化，分析了连杆、关节之间的约束关系，进行码垛机器人正运动学和逆运动学的建模，利用D-H参数法建立了码垛机器人的连杆坐标系，完成码垛机器人的正逆运动学分析，在此基础上，借助Matlab机器人工具箱、Adams软件进行正逆运动学结果验证分析，根据大臂关节转角与小臂关节转角之间的运动关系，通过正运动学公式，使用蒙特卡洛法进行工作空间的求解。

其次，在机器人操作系统ROS下建立码垛机器人的仿真平台，使用URDF文件完成机器人模型的构建，使用RViz 3 D可视化工具实现码垛机器人三维仿真模型的显示，然后对运动控制的相关节点进行设计与编译，对机器人运动控制消息类型进行选择，对控制与启动文件进行配置，并分析机器人正运动学、逆运动学和避障运动的程序编译与程序流程。
再次，对码垛机器人在笛卡尔空间以及关节空间的轨迹规划研究，实现笛卡尔空间的直线轨迹、圆弧轨迹和两段直线路径间的过渡轨迹模型的构建以及插补算法研究，并且使用四元数用于码垛机器人的姿态描述。使用改进的S型速度控制算法在关节空间的轨迹规划，完成对关节位置序列进行插值计算，保证运动轨迹的平滑性。
最后，对码垛机器人仿真系统进行仿真实验，对运动性能进行测试，完成单轴运动测试、速度调节测试、连续运动测试、示教测试以及避障运动测试，以及对系统的绝对定位精度和重复定位精度进行实验分析，结果表明系统误差较小，能够满足使用要求。
关键词:码垛机器人;轨迹规划;ROS;