基于ROS的工業(yè)機(jī)器人示教編程器研制.pdf

1、隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在簡(jiǎn)單重復(fù)動(dòng)作或高強(qiáng)度高精度作業(yè)的崗位上，機(jī)器人逐漸取代了人力勞動(dòng)，成為工業(yè)生產(chǎn)的重要裝備。示教編程器作為人與機(jī)器人交互的核心設(shè)備，其先進(jìn)的技術(shù)一直被國(guó)外大型機(jī)器人廠商所壟斷。所以，研制具有一定通用性和開(kāi)放性、功能強(qiáng)、交互友好的示教編程器意義重大。
　　本文首先闡述了一種利用ROS（Robot Operating System,機(jī)器人操作系統(tǒng)）提供的消息服務(wù)機(jī)制建立基于以太網(wǎng)的機(jī)器人示教控制系統(tǒng)架構(gòu)。分析了

2、ROS在構(gòu)建工業(yè)機(jī)器人示教控制系統(tǒng)上的優(yōu)勢(shì)，如，易于建立網(wǎng)絡(luò)化、分布式控制系統(tǒng)、易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)復(fù)雜控制系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)、以及具有豐富的機(jī)器人軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具等。從安全性、穩(wěn)定性、通用性、開(kāi)放性、功能性和交互友好性幾個(gè)方面對(duì)示教盒的功能需求進(jìn)行分析，并提出示教盒系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。
　　在電氣系統(tǒng)方面，設(shè)計(jì)了以ARM cortex-A8內(nèi)核作為硬件核心的電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為美觀的交互界面及豐富的功能的處理提供了良好的硬件支持，提高了對(duì)用

3、戶(hù)輸入的響應(yīng)速度；采用三維搖桿、高分辨率液晶觸摸屏作為用戶(hù)輸入，提高用戶(hù)的交互體驗(yàn)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了適宜單手手持的示教盒殼體，提高了用戶(hù)在操作時(shí)的靈活性；結(jié)合用戶(hù)交互習(xí)慣和電氣系統(tǒng)接線方式，合理布置了示教盒內(nèi)部各電氣組件，使殼體機(jī)械結(jié)構(gòu)為電氣系統(tǒng)提供了良好的支撐和保護(hù)。
　　在軟件方面，采用模型-視圖-控制器（MVC）軟件設(shè)計(jì)模式：利用Qt-quick開(kāi)發(fā)觸摸屏交互界面視圖，并遵照簡(jiǎn)易性、安全性、人性化等

4、設(shè)計(jì)原則，提高界面的友好性；在控制器中利用 Arduino庫(kù)簡(jiǎn)化硬件監(jiān)測(cè)等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)輸入的響應(yīng)定義；在模型功能上基于 ROS庫(kù)和X11庫(kù)實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)控制-示教-再現(xiàn)、高級(jí)編程、校準(zhǔn)、用戶(hù)坐標(biāo)系建立、機(jī)器人狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示、工作空間限制、系統(tǒng)狀態(tài)指示、用戶(hù)管理、系統(tǒng)控制等功能，并實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的數(shù)據(jù)互通。
　　最后，結(jié)合示教盒搭建了基于ROS的半實(shí)物仿真訓(xùn)練平臺(tái)，為用戶(hù)的示教盒操作訓(xùn)練提供了模擬環(huán)境。完成了基于不同構(gòu)型的機(jī)器人本體的示教盒