[发明专利]一种机械臂物品抓取规划原理及基于ROS的实现方法

说明书

本发明提出提出一种基于齐次坐标变换的机械臂物品抓取规划原理以及在ROS系统中的相应实现方法。该抓取原理是通过在物品坐标系XY平面生成均圆环采样点，进而找出距离机械臂基座坐标系最近点并确定抓取前方，以此再进行上方抓取位姿与方向的确定，并利用ROS的Moveit、TF等软件方式进行实现；实现的基本功能为：可通过给定的物品位姿，使机械臂规划到具体的预抓取位姿、抓取位姿、后抓取位姿以及归位位姿，从而进行完整的抓取流程的操作，实现物品抓取的功能。

技术领域

本发明属于机械臂轨迹规划领域，提出一种机械臂物品抓取规划原理及基于ROS的实现方法。

背景技术

机械臂轨迹规划是机器人技术领域的一个重要分支，现今大量的机械臂应用在工业、服务行业等多个领域，能够进行抓取、焊接、喷漆、装配等一系列操作，大大提升了任务完成的质量与速率，推动了无人化、智能化的发展，所以机械臂的轨迹规划的研究也成为了热门领域。

对于不同的工作任务，机械臂的末端连杆可对应安装不同的末端执行器，例如机械臂的应用中，有很大比例的任务与抓取规划有关，对于抓取操作，机械臂的末端执行器就是手爪执行机构。本原理及实现方法旨在提出一种思路简洁原理简单的机械臂物品抓取规划方案，尽量简化抓取的规划思路，以达到高效实用的目的。

发明内容

本发明的目的在于实现一种较为简单实用的机械臂抓取方案，以更加简洁直观的原理来完成对机械臂的抓取规划。

一种机械臂物品抓取规划原理设计包括以下步骤：

步骤1：明确3个直角坐标系，即机械臂基座坐标系root(原点记作Or点)，末端执行器坐标系end_effector(原点记作Oe点)以及物品坐标系object(原点记作Oo点)；

步骤2：在object系的XY平面生成以该系原点为圆心的圆环状分布的均匀采样点，圆环半径与物品尺寸有关；

步骤3：并在任一采样点P上生成一个以P为原点新的坐标系，且z轴指向Oo点，y轴与Zo平行；

步骤4：找到与Or点距离最近的一个采样点记作Op点，如步骤3所述，建立Op坐标系，此为末端执行器的前向预抓取位姿，抓取方向为Zp轴，同理选取其他采样点以步骤2建立出预抓取位姿，则可以进行Xo-Oo-Yo平面内的其他方向的抓取操作；

步骤5：确定机械臂从上方抓取物品的预抓取的位姿坐标系，将步骤4中的Op系绕着Xp中旋转90度，并将原点Op移至Zo轴，到Oo的距离与物品尺寸有关，从而形成新的坐标系，作为上方抓取操作中的预抓取位姿；

步骤6：Oe系需要与Op系重合，即末端执行器要规划至预抓取位姿，然后沿着Ze方向抓取；

步骤7：抓取后Oe系沿着Or系的Zr方向平动至后抓取位姿；

步骤8：末端执行器Oe系归位至指定位置，完成抓取流程；

上述的原理设计能够简洁直观地对机械臂末端执行器的抓取流程提供一定指导，为机械臂的抓取规划提供一种可行的原理方案。

上述原理基于ROS的实现方法，依照了上述原理，以Kinova Jaco2机械臂模型为基础，利用了ROS中的Moveit机械臂规划平台以及TF坐标变换功能，生成了数量可人为设置的采样点，通过TF的齐次变换运算得出前向预抓取位姿与抓取方向以及上方预抓取位姿与抓取方向，并能够进行相应的抓取规划操作。

附图说明

为了更清楚的说明本发明所涉及的技术方案，下实施例或现有的技术描述中所使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图是本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中机械臂抓取规划的原理流程图；