1. 机械臂轨迹规划研究.DOC

基于ROS的机械臂轨迹规划研究 刘汝佳，王芳，张强，李楠 （航天科工智能机器人有限责任公司，北京 100074） 摘 要：本文针对机械臂轨迹规划中算法复杂、开发难度高(ROS, Robot Operating System)为机械臂搭建控制系统的方法作为解决方案。在此基础上，本文设计了一种基于五次多项式插值的算法来弥补该开源软件平台中关于轨迹规划功能的不足，并通过仿真实验验证了改进后的控制算法可以提高机械臂控制性能。该方法对于实现工程机械臂轨迹规划问题具有普遍的指导意义。 关键词：机器人，机械臂，ROS，运动控制，轨迹规划 中图分类号： TP242.6Trajectory Planning of ROS-based Robot Arm LIU Ru-jia, WANG Fang, LI Nan (Aerospace Science Industry Intellience Robot Co. Ltd, Beijing 100074, China) Abstract: In case of the technical difficulties of the development in manipulator trajectory planning, this paper came up with a solution that is based on an open source software platform (ROS, Robot Operating System) which built a robotic arm control system. On this basis, this paper presents an algorithm based on five degree polynomial interpolation to cover the shortage of ROS algorithm on trajectory planning functions, and the simulation results show that the new algorithms for the manipulator arm’s stability improved. Meanwhile, the method for achieving the engineering arm trajectory planning is significant. Key words: Robot; Manipulator arm; ROS; Motion control; Trajectory planning 0.引言 机械臂在工业生产中有着广泛的应用，如使用机械臂来搬运货物、组装产品等。机械臂技术中普遍遇到的难题之一是高精度的轨迹规划[1-3],这也是机械臂技术研究中最重要的一环。传统的研究机械臂轨迹规划问题的方法需要根据每一款具体的臂搭建符合实际情况的控制系统[4-5]，涉及末端轨迹规划、运动学逆解、干涉与约束算法以及关节细插值等过程，这一过程工作量大、耗时长，难以在高效率的现代社会普遍应用。如今机器人软件开发平台的快速发展为解决这一技术难题提供了新的思路[6-7]。 所谓的“机器人软件开发平台”，是指用来给多种机器人设备开发程序的软件包集。它一般具备下列特点： 1 ) 统一的编程、编译环境； 2 ) 可重用的组件库； 3 ) 具备一定的仿真、模拟条件； 4 ) 对多款机器人设备的硬件提供驱动支持（留有二次开发驱动的接口）； 5 ) 包含一些常用的、模块化的控制功能组件，例如导航技术，计算机视觉技术，机械臂运动控制等。 现在常用的机器人软件平台如下表1所示。 Tab.1 The robotics software development platform 软件平台 所属类型 软件平台 所属类型 Evolution Robotics ERSP 商用 URBI 商用 Microsoft Robotics Studio 非商业用途免费 Webots 仿真环境，商用 OROCOS 控件库，开源免费 Player, Stage,Gazebo 开源免费 Skilligent 机器学习插件，商用 iRobot AWARE 商用 OpenJAUS 开源 CLARAty 开源 ROS 开源免费 LabVIEW Robotics 商用 本文中选用的开发平台是由Willow Garage公司开发的机器人操作系统ROS (Robot Operating System)。ROS在构建机器人控制系统方面非常便利，具有兼容性高，开源算法完备的特点[8-10]，是目前主流的机器人开发平台之一。 本文在研究机械臂轨迹规划问题中