哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
目录
摘要 ............................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................ I I 第1章绪论.. (1)
1.1 课题来源及研究的背景和意义 (1)
1.1.1 课题来源 (1)
1.1.2 研究的背景和意义 (1)
1.2 国内外相关技术发展现状 (2)
1.2.1 国内外码垛机器人发展现状 (2)
1.2.2 机器人仿真系统国内外现状 (4)
1.2.3 轨迹规划研究 (7)
1.3 本文主要研究内容 (8)
第2章码垛机器人运动学建模与分析 (9)
2.1 码垛机器人的机械结构 (9)
2.1.1 机构简介 (9)
2.1.2 码垛机器人的模型简化 (10)
2.2 码垛机器人的运动学分析 (11)
2.3 运动学验证 (15)
2.4 工作空间分析 (18)
2.5 本章小结 (19)
第3章基于ROS的仿真平台搭建 (21)
3.1 ROS基本组成 (21)
3.2 ROS中机器人模型建立 (22)
3.2.1 建立码垛机器人的树形结构 (22)
3.2.2 模型的建立与导入 (24)
3.2.3 URDF文件的校验 (25)
3.2.4 Rviz 3D可视化工具 (26)
3.3 Move_group节点设计 (27)
3.3.1 Move_group节点系统框架 (28)
3.3.2 Move_group节点编译 (29)
3.4 机器人运动控制 (31)
3.4.1 消息类型的选择 (31)
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3.4.2 关节控制与启动文件的配置 (32)
3.4.3 正运动学运动 (33)
3.4.4 逆运动学运动 (33)
3.4.5 避障运动规划 (34)
3.5 ROS的系统节点图 (36)
3.6 本章小结 (37)
第4章码垛机器人轨迹规划 (38)
4.1 笛卡尔空间位置规划 (38)
4.1.1 直线轨迹规划 (38)
4.1.2 圆弧轨迹规划 (40)
4.1.3 两段路径间的过渡轨迹 (43)
4.2 笛卡尔空间姿态描述 (46)
4.3 关节空间轨迹规划 (49)
4.4 本章小结 (52)
第5章码垛机器人仿真实验 (53)
5.1 单轴运动 (53)
5.2 连续运动测试 (53)
5.3 示教测试 (54)
5.4 约束避障测试 (55)
5.5 系统定位精度测试 (56)
5.6 本章小结 (57)
结论 (59)
参考文献 (60)
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 (63)
哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (64)
致谢 (65)
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第1章绪论
1.1 课题来源及研究的背景和意义
1.1.1 课题来源
本研究课题来源于国家863项目“经济型码垛机器人本体结构优化设计（项目编号2013AA040902-2）”，在实验室码垛机器人结构设计基础上，基于机器人操作系统ROS(Robot Operating System)建立码垛机器人运动仿真系统，进行了机器人轨迹规划研究，实现机器人运动仿真实验。
1.1.2 研究的背景和意义
随着机电技术与机器人技术的快速发展，企业对于生产效率的需求，给工业机器人的发展提供了良好环境，工业机器人应用较为广泛，工厂中的码垛搬运就是其中一个重要用途[1]。人工码垛搬运作业由于强度大，作业方式单一，效率较低，以及人工成本的增加，使得工厂对码垛机器人的需求增加，通过采用码垛机器人代替人工作业，得益于码垛机器人的占地面积小、作业范围广、多生产线作业等特点，不仅可以提高作业效率、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生产产品的质量[2]。
由于码垛机器人工作速度高，在运动过程中，由于机器人大的加减速和位姿的快速变化，导致伺服电机承受较大的惯量和负载波动的冲击，如果加速度控制参数不匹配将会导致刚性冲击或柔性冲击的产生，从而各关节伺服电机的实际位置轨迹与期望轨迹产生偏差，从而导致码垛机器人末端运动轨迹跟踪精度降低。对码垛机器人进行轨迹规划，实现关节加速度的平滑变化，避免产生柔性冲击，而且根据位姿的变化，使得运动路径尽可能的便捷。
机器人操作系统ROS依托于点对点的设计、多种编程语言良好运行、免费开源、易拓展性等特点，目前有多家研究单位与公司进行相关研究。但是在工业机器人上面的研究相对较少，通过在ROS仿真系统中，可以实现对机器人的运动建模，完成运动轨迹规划以及编程控制，而且可以通过RViz 3D可视化工具将机器人的运动实时显示出来，从而有利于解决机器人在实际运动过程中可能存在的问题。
综上所述，开展码垛机器人基于机器人操作系统ROS模型构建仿真以及轨迹规划研究是很有意义的。