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  • 机械臂2---机械臂的驱动方式

    千次阅读 2020-01-20 10:29:27
    当操作臂的总体运动学结构确定后,下一步要考虑的最重要的问题是各个关节的驱动方式。通常,驱动器、减速装置和传动装置是密切相关的,所以必须综合考虑。 驱动器布局 最直接仿办法是把驱动器布置在所驱动的关节...

         当操作臂的总体运动学结构确定后,下一步要考虑的最重要的问题是各个关节的驱动方式。通常,驱动器、减速装置和传动装置是密切相关的,所以必须综合考虑。

         驱动器布局

          最直接仿办法是把驱动器布置在所驱动的关节上或者附近。如果驱动器能够产生足够的力矩或者力的话,那么驱动器的输出轴可直接与关节相连。这种结构步进称为直接驱动。它具有设计简单、控制方便等优点--即:驱动器和关节之间没有传动元件或减速元件,因而关节运动的精度与驱动器的精度相同。

         然而,大多下驱动器为高转速、低扭矩,所以需要安卓减速系统。而且,驱动器通常都很重。如果驱动器能远离关节而靠近操作臂的基座安装,则操作臂的总体惯性将会明显下降,反过来也减小了驱动器的尺寸。维持,需要使用传动系统把驱动器的运动传送给关节。

         在驱动器远离关节的驱动系统中,减速系统可以放置在驱动器或者关节上。有些布局方案把减速系统与传动系统的功能集成在一起。另外,除了增加机构的复杂性外,减速系统与传动系统的主要弊端之一是产生了不必要的摩擦和变形。如果减速系统安装在关节上,那么传动系统工作在较高转速、较低转矩状态下。低扭矩意味着变形将不是一个主要问题。但是,如果减速器的重量很大,则驱动器远离关节安装的意义就不大了。

     

    减速系统  

         齿轮是最常用的减速元件,它的结构紧凑,传动比大。齿轮副有平行轴(直齿轮)、正交轴(锥齿轮)、倾斜轴(蜗轮或螺旋齿轮)等几种形式。不同类型的齿轮组有不同的负载能力、磨损特性和摩擦特性。

         齿轮传动的主要缺点是额外引入了间隙和摩擦。间隙是由于齿轮合的不理想而产生的,它被定义为,当输入齿轮固定不动时,输出齿轮所产生的最大角位移。如果使齿轮齿合紧密以消除间隙,则又会带来过大的摩擦。采用高精度的齿轮以及高精度的安装方式可以减小这些影响,但会使成本上升。

          齿轮传动比η,反映齿轮副的减速效应与扭矩的增加效应。对于减速系统,定义η>1;则输入速度、输出速度、扭矩之间的关系是

        

     

     

    第二大类减速元件是柔性带、钢缆和皮带。由于要有足够的柔性才能卷绕在传动轮上,所以这些元件在长度方向通常具有柔性。它们的柔性大小与其长度成正比。

     

     

    普通丝杆

     

    滚珠丝杆

     

    普通丝杆和滚珠丝杆可以把旋转运动转换为直线运动

     

     

    其它博文链接汇总:机械臂1----机械臂构型

                                    机械臂2---机械臂的驱动方式

                                    机械臂3-理论

                                    机械臂4---刚体的描述

                                    机械臂5---机械臂连杆及连杆链

                                    机械臂6---机械臂正运动学

                                    机械臂7---机械臂逆运动学

    机械臂视频:机械臂视频 AR3 六轴机械臂

                        SCARA演示视频|PRR机构|RRR机构

     

     

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  • 直交机械手臂由于其结构简单,定位精准,价格低廉,因而在自动...其所用的驱动方式主要有以下四种:电力驱动、机械驱动、液压驱动和气压驱动。其中电力驱动、气压驱动用得最为广泛。下面我为大家简单介绍这四种驱动式。
  • PC控制ur机械臂的方式

    千次阅读 2021-01-05 10:27:35
    PC控制ur机械臂的方式 使用机械臂进行实验,尤其是验证算法的抓取等工作,避免不了的需要进行机械臂与pc端通讯,机械臂本身的示教器和控制语言不能完成大多的学术研究工作。 通过pc端控制ur机械臂的方式有很多。 ...

    PC控制ur机械臂的方式

    使用机械臂进行实验,尤其是验证算法的抓取等工作,避免不了的需要进行机械臂与pc端通讯,机械臂本身的示教器和控制语言不能完成大多的学术研究工作。

    通过pc端控制ur机械臂的方式有很多。

    方式一:urx控制

    1.使用urx控制ur机械臂,此好处可以使用Python语言,简单方便,并且还有robotiq的夹爪和RG_2的夹爪控制。
    参考链接:
    CSDN:urx驱动ur3和onrobot rg2
    github:https://github.com/Mofeywalker/python-urx

    方式二:使用socke控制ur机械臂

    参考链接:
    CSDN:通过socket通讯控制ur机械臂
    CSDN:UR机器人上位机通信-python版(一)
    CSDN:UR机器人与电脑进行socket通讯(python / C++)

    方式三:使用ur提供的sdk控制ur机械臂

    CSDN下载:优傲(UR)机械臂sdk
    CSDN下载:URSDK (.Net 4.0) 快速指南

    方式四:使用ros与ur机械臂进行通讯与控制

    参考链接:
    csdn:ros kinetic-moveit驱动ur3机械臂------控制真实机械臂并且能动

    展开全文
  • ROS之利用moveit驱动机械臂

    千次阅读 2018-03-30 09:42:43
    1.驱动的原理 上图为通讯原理 首先,moveit把计算结果通过Ros action的方式发送给driver,driver调用Ros_arduino_bridgeservo_write 服务发送各个关节舵机控制指令给Arduino uno控制板 其次,同时Driver也...


    1.驱动的原理

    这里写图片描述 
    上图为通讯原理 
    首先,moveit把计算的结果通过Ros action的方式发送给driver,driver调用Ros_arduino_bridge的servo_write 服务发送各个关节舵机的控制指令给Arduino uno控制板 
    其次,同时Driver也要通过调用Ros_arduino_bridge的servo_read服务读取各个关节的舵机状态,通过joint_state消息的方式发送给moveit,供moveit进行路径规划计算。

    2.关于硬件连接

    主控制板:arduino uno r3, 16路pwm控制板.IIC接口

     Gnd------------------Gnd
     +5V------------------VCC
     A4-------------------SDA
     A5-------------------SCL   

    3.Arduino程序修改

    没有基础控制器,只是响使用它来控制舵机,编辑ROSArduinoBridge sketch,在文件的最前面,将这两行:

    #define USE_BASE
    //#undef USE_BASE

    改成这样:

    //#define USE_BASE
    #undef USE_BASE
    • NOTE:还需要将文件encoder_driver.ino中的这一行注释掉:
    #include "MegaEncoderCounter.h"

    编译并上传代码

    4.创建控制器配置文件six_arm_controllers.yaml

    在moveit assistant产生的配置文件目录的config子目录下,创建配置文件six_arm_controllers.yaml,此文件告诉moveit将与哪个的action通讯. 
    six_arm_controllers.yaml代码如下:

    controller_list:
    //控制器的ros topic——arm_controller/follow_joint_trajectory
      - name: arm_controller
        action_ns: follow_joint_trajectory
        type: FollowJointTrajectory//在driver中要声明的action service类型
        default: true
        joints:
          - arm_base_to_arm_round_joint_stevo0
          - shoulder_2_to_arm_joint_stevo1
          - big_arm_round_to_joint_stevo2
          - arm_joint_stevo2_to_arm_joint_stevo3
          - wrist_to_arm_joint_stevo4
          - arm_joint_stevo4_to_arm_joint_stevo5

    这里为机械臂定义了控制器arm_controller,告诉moveit机械臂通讯的topic是arm_controller/follow_joint_trajectory.

    5 机械臂控制的FollowController

    扩展ros_arduino_bridge的功能来实现FollowController,在ros_arduino_python目录下创建joints.py和six_arm_follow_controller.py

    1)joint.py

    封装了关节舵机控制的代码,主要功能函数:

    __init__类初始化代码
    setCurrentPosition(self):通过调用/arduino/servo_write服务发送舵机的控制命令,把舵机的位置设置为self.position
    setCurrentPosition(self, position):
    通过调用/arduino/servo_write服务发送舵机的控制命令,把舵机的位置设置为moveit给出的舵机位置
    mapToServoPosition(self,position):将moveit给出的舵机位置,转换为机械臂舵机实际对应的位置,此功能需要标定后,才能准确控制机械臂的位置。
    
    #!/usr/bin/env python
    
    # Copyright (c) 2017-2018 diego. 
    # All right reserved.
    #
    
    ## @file joints.py the jonit clase support functions for joints.
    
    ## @brief Joints hold current values.
    import roslib
    import rospy
    from ros_arduino_msgs.srv import *
    from math import pi as PI, degrees, radians
    class Joint:
    
        ## @brief Constructs a Joint instance.
        ##
        ## @param servoNum The servo id for this joint.
        ## 
        ## @param name The joint name.
        ## 
        ## @param name The servo control range.
        def __init__(self, name, servoNum, max, min, servo_max, servo_min, inverse):
            self.name = name//关节名称
            self.servoNum=servoNum//对应的舵机编号
            self.max=max//舵机最大角度:0
            self.min=min//舵机最小角度:180
            self.servo_max=servo_max
            self.servo_min=servo_min
            self.inverse=inverse
    
            self.position = 0.0
            self.velocity = 0.0
    
        ## @brief Set the current position.
        def setCurrentPosition(self):
            rospy.wait_for_service('/arduino/servo_write')
        try:
                servo_write=rospy.ServiceProxy('/arduino/servo_write',ServoWrite)
                servo_write(self.servoNum,self.position)
            except rospy.ServiceException, e:
                print "Service call failed: %s"%e   
    
        ## @brief Set the current position.
        ##
        ## @param position The current position. 
        def setCurrentPosition(self, position):
            rospy.wait_for_service('/arduino/servo_write')
        try:
            #if self.servoNum==2:
                servo_write=rospy.ServiceProxy('/arduino/servo_write',ServoWrite)
                rospy.loginfo("%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%")
            rospy.loginfo("before mapping--- the servo id:"+str(self.servoNum)+" position is "+str(position))
                self.mapToServoPosition(position)
                rospy.loginfo("after mapping---- the servo id:"+str(self.servoNum)+" self.position is "+str(self.position))             
                servo_write(self.servoNum,radians(self.position))
    
            except rospy.ServiceException, e:
                print "Service call failed: %s"%e
    
        ## @brief map to  Servo Position.
        ##
        ## @param position The current position.        
        def mapToServoPosition(self,position):
            per=(position-self.min)/(self.max-self.min)
            if not self.inverse:            
                self.position=self.servo_min+per*(self.servo_max-self.servo_min)
            else:
                self.position=self.servo_max-per*(self.servo_max-self.servo_min)

    2) six_arm_follow_controller.py

    机械臂控制器类,接收moveit的控制命令,转换为关节舵机的实际控制指令,驱动机械臂的运动。

    #!/usr/bin/env python
    # Copyright (c) 2017-2018 williamar. 
    # All right reserved.
    
    import rospy, actionlib
    
    from control_msgs.msg import FollowJointTrajectoryAction
    from trajectory_msgs.msg import JointTrajectory
    from diagnostic_msgs.msg import *
    from math import pi as PI, degrees, radians
    from joints import Joint
    class FollowController:
    // 此类是驱动的核心代码
        def __init__(self, name):
            self.name = name
    
            rospy.init_node(self.name)
    
     //  初始化化ros note,设置节点名称,刷新频率为50hz
            # rates
            self.rate = 50.0
    
    //初始化机械臂的关节,并把关节放入joints列表中,方便后续操作   
            # Arm jonits
            self.arm_base_to_arm_round_joint_stevo0=Joint('arm_base_to_arm_round_joint_stevo0',0,1.5797,-1.5707,130,0,False)
            self.shoulder_2_to_arm_joint_stevo1=Joint('shoulder_2_to_arm_joint_stevo1',1,1.5707,-0.1899,115,45,False)
            self.big_arm_round_to_joint_stevo2=Joint('big_arm_round_to_joint_stevo2',2,2.5891,1,100,20,False)
            self.arm_joint_stevo2_to_arm_joint_stevo3=Joint('arm_joint_stevo2_to_arm_joint_stevo3',3,1.5707,-1.5707,130,0,False)
            self.wrist_to_arm_joint_stevo4=Joint('wrist_to_arm_joint_stevo4',4,1.5707,-1.5707,130,0,False)
            self.arm_joint_stevo4_to_arm_joint_stevo5=Joint('arm_joint_stevo4_to_arm_joint_stevo5',5,1.5707,-1.5707,130,0,True)
    
    
    
            self.joints=[self.arm_base_to_arm_round_joint_stevo0,
            self.shoulder_2_to_arm_joint_stevo1,
            self.big_arm_round_to_joint_stevo2,
            self.arm_joint_stevo2_to_arm_joint_stevo3,
            self.wrist_to_arm_joint_stevo4,
            self.arm_joint_stevo4_to_arm_joint_stevo5]
    
    
            # action server
            self.server = actionlib.SimpleActionServer('arm_controller/follow_joint_trajectory', FollowJointTrajectoryAction, execute_cb=self.actionCb, auto_start=False)
            self.server.start()
            rospy.spin()
            rospy.loginfo("Started FollowController")
    
    
        def actionCb(self, goal):
        print("****************actionCb*********************")    
            rospy.loginfo(self.name + ": Action goal recieved.")
            traj = goal.trajectory
    
            if set(self.joints) != set(traj.joint_names):
                for j in self.joints:
                    if j.name not in traj.joint_names:
                        msg = "Trajectory joint names does not match action controlled joints." + str(traj.joint_names)
                        rospy.logerr(msg)
                        self.server.set_aborted(text=msg)
                        return
                rospy.logwarn("Extra joints in trajectory")
    
            if not traj.points:
                msg = "Trajectory empy."
                rospy.logerr(msg)
                self.server.set_aborted(text=msg)
                return
    
            try:
                indexes = [traj.joint_names.index(joint.name) for joint in self.joints]
            except ValueError as val:
                msg = "Trajectory invalid."
                rospy.logerr(msg)
                self.server.set_aborted(text=msg)
                return
    
            if self.executeTrajectory(traj):   
                self.server.set_succeeded()
            else:
                self.server.set_aborted(text="Execution failed.")
    
            rospy.loginfo(self.name + ": Done.")     
    
        def executeTrajectory(self, traj):
            rospy.loginfo("Executing trajectory")
            rospy.logdebug(traj)
            # carry out trajectory
            try:
                indexes = [traj.joint_names.index(joint.name) for joint in self.joints]
            except ValueError as val:
                rospy.logerr("Invalid joint in trajectory.")
                return False
    
            # get starting timestamp, MoveIt uses 0, need to fill in
            start = traj.header.stamp
            if start.secs == 0 and start.nsecs == 0:
                start = rospy.Time.now()
    
            r = rospy.Rate(self.rate)
        for point in traj.points:            
                desired = [ point.positions[k] for k in indexes ]
                for i in indexes:
                    #self.joints[i].position=desired[i]
                    self.joints[i].setCurrentPosition(desired[i])
    
                while rospy.Time.now() + rospy.Duration(0.01) < start:
                    rospy.sleep(0.01)
            return True
    
    
    if __name__=='__main__':
        try:
            rospy.loginfo("start followController...")
            FollowController('follow_Controller')
        except rospy.ROSInterruptException:
            rospy.loginfo('Failed to start followController...')

    6 launch启动文件

    moveit assistant会生成一个launch文件夹,修改后测试. 
    1)3.1修改six_arm_moveit_controller_manager.launch.xml

    此文件是moveit assistant自动生成的,但其中内容是空的,我增加如下内容,告诉moveit,启动Controller的配置文件位置

    
    <launch>
         <!-- Set the param that trajectory_execution_manager needs to find the controller plugin -->
         <arg name="moveit_controller_manager" default="moveit_simple_controller_manager/MoveItSimpleControllerManager" />
         <param name="moveit_controller_manager" value="$(arg moveit_controller_manager)"/>
         <!-- load controller_list -->
         <rosparam file="$(find six_arm_moveit_config)/config/six_arm_controllers.yaml"/>
    </launch>

    3.2创建six_arm_demo.launch文件

    在moveit的launch文件夹下创建six_arm_demo.launch文件,并添加如下内容

    <launch>
    
         <master auto="start"/>
    
         <node name="arduino" pkg="ros_arduino_python" type="arduino_node.py" output="screen">
             <rosparam file="$(find ros_arduino_python)/config/my_arduino_params.yaml" command="load" />
         </node>
         <!-- By default, we are not in debug mode -->
         <arg name="debug" default="false" />
    
         <!-- Load the URDF, SRDF and other .yaml configuration files on the param server -->
         <include file="$(find six_arm_moveit_config)/launch/planning_context.launch">
             <arg name="load_robot_description" value="true"/>
         </include>
    
         <node name="arduino_follow_controller" pkg="ros_arduino_python" type="six_arm_follow_controller.py" output="screen">
         </node>
    
         <!-- If needed, broadcast static tf for robot root -->
         <node pkg="tf" type="static_transform_publisher" name="virtual_joint_broadcaster_0" args="0 0 0 0 0 0 world_frame base_link 100" />
    
         <!-- We do not have a robot connected, so publish fake joint states -->
         <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher">
            <param name="/use_gui" value="false"/>
            <rosparam param="/source_list">[/move_group/fake_controller_joint_states]</rosparam>
         </node>
    
         <!-- Run the main MoveIt executable without trajectory execution (we do not have controllers configured by default) -->
         <include file="$(find six_arm_moveit_config)/launch/move_group.launch">
         </include>
    </launch>
    
    

    这里主要是作为一个测试使用,所以joint_states使用了假数据,在调用joint_state_publisher时我们把source list设置为/move_group/fake_controller_joint_states

    执行如下代码来启动moveit

    roslaunch six_arm_moveit_config six_arm_demo.launch

    这时候我们可以通过控制台输入moveit命令来控制机械臂,我们也可以用代码来调用moveit接口来控制机械臂,下面我们来写一段测试代码来. 
    4.moveit控制测试代码

    在ros_arduino_python目录下创建diego_moveit_test.py,代码如下

    #!/usr/bin/env python
    
    import rospy, sys
    import moveit_commander
    from control_msgs.msg import GripperCommand
    
    class MoveItDemo:
        def __init__(self):
            # Initialize the move_group API
            moveit_commander.roscpp_initialize(sys.argv)
    
            # Initialize the ROS node
            rospy.init_node('moveit_demo', anonymous=True)
    
    
            # Connect to the arm move group
            arm = moveit_commander.MoveGroupCommander('arm')
    
            # Get the name of the end-effector link
            end_effector_link = arm.get_end_effector_link()
    
            # Display the name of the end_effector link
            rospy.loginfo("The end effector link is: " + str(end_effector_link))
    
            # Set a small tolerance on joint angles
            arm.set_goal_joint_tolerance(0.001)
    
            # Start the arm target in "resting" pose stored in the SRDF file
            arm.set_named_target('arm_default_pose')
    
            # Plan a trajectory to the goal configuration
            traj = arm.plan()
    
            # Execute the planned trajectory
            arm.execute(traj)
    
            # Pause for a moment
            rospy.sleep(1)         
    
            # Cleanly shut down MoveIt
            moveit_commander.roscpp_shutdown()
    
            # Exit the script
            moveit_commander.os._exit(0)
    
    if __name__ == "__main__":
        try:
            MoveItDemo()
        except rospy.ROSInterruptException:
            pass

    在测试代码中,我们连接到group arm,并命令机械臂运行到姿势 arm_default_pose,我们运行如下命令启动测试代码

    rosrun ros_arduino_python six_arm_moveit_test.py
    

    启动后可以看到机械臂马上响应到arm_default_pose的位置。

    7 遇到的问题

    软件是参考大神的,基本没啥大问题,就是语法吖,没有启动action的问题.启动步骤:

    roslaunch six_arm_moveit_config  demo.launch
    新终端: 
    roslaunch ros_arduino_python arduino.launch
    roslaunch ros_arduino_python six_arm_follow_controller.launch
    roslaunch six_arm_moveit_config six_arm_demo.launch
    rosrun ros_arduino_python six_arm_moveit_test.py
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  • 出于兴趣,在有限的时间内初步完成Denso机械臂的驱动控制及简单的运动规划。 主要解决和实现内容分为3部分。 1是驱动器的通信,可以使用CAN的方式,也可以使用Ethercat的方式。CAN最大速率可达1Mb/s、线长可达40米...

    机缘巧合之下开始接触机械臂相关知识。出于兴趣,在有限的时间内初步完成Denso机械臂的驱动控制及简单的运动规划。

    主要解决和实现内容分为3部分。

    1是驱动器的通信,可以使用CAN的方式,也可以使用Ethercat的方式。CAN最大速率可达1Mb/s、线长可达40米,一个CAN网络最多可支持127个节点。EtherCAT是全双工通讯,最多支持65535个节点,线长可达100米。本博客使用线长10米。

    2是D-H参数测量和计算,以及坐标系的建立,因为D-H本身并没有对坐标系的建立进行严格限制,所以相同的D-H参数表也会得到不同的坐标系,从而决定了机械臂末端对于基底的位置的不同。这里的基底其实指的是底座的坐标系。

    3是机械臂或者说是机械臂运动学正解和逆解的学习和计算。正解是已知各个驱动电机转动的角度进而求解末端位置相对于基底的坐标,电机顺序一定的情况下得到的末端位置是已知且唯一的。逆解是已知机械臂末端对于基底的位置和姿态,求出各个驱动器电机需要转动的角度。由于多种原因解析解可能不是唯一的,而且难解,大家会采用数值解。

    驱动器的通信作为最基础的部分,现在由于对于同步速率的要求,广泛使用的是Ethercat的通信。EtherCAT开发的目的就是让以太网可以运用在自动化应用中。如果要了解Ethercat那么也就必须了解一下其发明者Beckhoff公司,使用一下其公司的软件TwinCAT。这个软件是Ethercat的主站软件,能够识别并且操作几乎所有的Ethercat驱动器。

    除了Beckhoff公司的TwinCAT这个强大软件之外,目前常见开源的主站代码为2种。

    1是RT-LAB开发的SOEM,也就是Simple OpenSource EtherCAT Master。

    2是EtherLab的the IgH EtherCAT Master。

    使用起来SOEM的简单一些,而the IgH EtherCAT Master更复杂一些,但对EtherCAT的实现更为完整。使用Ethercat通信需要注意的就是不是所有的网卡都支持,需要买特定的intel网卡。

    主要参考网址

    https://blog.csdn.net/zhandl100

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    D-H参数表的建立网上有很多,可以参考的书籍也有很多,有一本叫机器人学看着来做的,还是可以做的。

    主要参考网址

    https://blog.csdn.net/yazhouren/article/details/78918448

    https://blog.csdn.net/HopefulLight/article/details/78194393

    https://blog.csdn.net/pengjc2001/article/details/70156333 这个puma560的DH参数及坐标系的建立是十分详细而可信的。

    针对Denso机械臂建立的D-H表格如下。

      theta_i d_i alpha_i a_i
    0 0 0.15 -90 0.075
    1 -90 0 0 0.27
    2 0 0 -90 0.09
    3 0 0.295 90 0
    4 90 0 -90 0
    5 0 0 0 0

    机械臂的正解逆解是关于几何及线性代数的结合体,可以看相关解算过程,自己来写。也可以采用ROS所采用的开源库,也可以用很多其他优秀的IK(Inverse Kinematic)库。

    运动规划则需要考虑形构空间和工作空间,也需要考虑障碍物的避碰,也需要考虑插值方式,得到最有的规划路径。

    经过上述一系列的学习最终驱动Denso机械臂在某高度平面位置画出普通四边形如下,当然了也可以到达工作空间的任意位置。该控制器同时也能够驱动Elmo驱动器和清能德创的驱动器来控制相应的电机转动。

    从精度上看还是在可接受范围之内的,而且程序的重复性能比较好,基本不会出现太大偏差,利用粗线笔和细线笔分别做了测试。目前耗费时间有点长,主要是因为插值点过于密集和电机幅度限制所导致的。后期可以继续处理。

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机械臂的驱动方式