赵丕洋,洪荣晶,方成刚

(1.南京工业大学 机械与动力工程学院,江苏 南京 211800; 2.江苏省工业装备数字制造及控制技术重点实验室,江苏 南京 211800)

目前,人力加工仍然是国内机械制造行业的主流方式,但其生产效率低,机械加工精度较差,工人熟练度对产品质量影响较大[1],且工厂的恶劣环境极大地损伤工人健康。工业机器人集电控、机械和自动化等多种学科特点于一体,工件装夹方便、工作空间大、经济效益高,可以独立完成机械生产中的各个阶段,提高了加工设备的柔性。开发者们着力于提高机器人的控制精度和柔性,以提升产品质量、经济效益和解放人力[2]。

机器人硬件不断升级,而控制系统和软件也亟需发展以适应其要求,因此实现加工代码的复用性、系统的模块化和通用性已成为热点问题,机器人开发者们不断尝试,以实现仿真模型和软件系统的功能共享。开源机器人操作系统(ROS)具有独特的优点,它集成了多种软件工具包,兼容主流编程语言,为机器人开发提供了更广阔的空间,越来越多的国内外专家对其开展了研究。ROS 具有分布式的系统架构[3], 具有支持程序的管理与信息的传递等功能[4],使机器人控制的加工任务和运动更加简化[5-6]。ROS能通过编写底层程序,将多种不同的传感器(力觉传感器、相机等)的通信集成在一起,极大地推动了系统的集成化和模块化开发。

1 机械臂模型建立及运动学分析

1.1 机器人Denavit-Hartenberg(D-H)参数

以丹麦公司的经典机械臂UR5为例,机械臂各个关节的坐标系可以通过D-H参数法确定,根据Pieper法则,将基座、肩部和手肘3个关节建立到同一个轴线上,以简化D-H参数[7]。……