MR12机械臂运动规划与控制系统

项目概述

写在前面：项目正在开发中...
本项目是一个基于 ROS2 的 MR12 六自由度机械臂运动规划与控制系统，集成了 MoveIt2 运动规划框架，提供完整的机器人建模、运动规划、轨迹控制和点云处理功能。

项目结构

src/
├── moka_interface/      # 自定义消息接口包
│   ├── msg/                    # 消息定义文件
│   │   ├── JointTrajectoryEx.msg       # trajectory_msgs.msg：JointTrajectory 类型消息
│   │   └── JointTrajectoryPointEx.msg  # trajectory_msgs.msg：JointTrajectoryPoint 类型消息
│   └── package.xml
├── moka_plan/           # 运动规划功能包
│   ├── config/                 # 配置文件
│   │   └── ompl_planning.yaml
│   ├── scripts/                # Python 模块
│   │   ├── moveit_control.py       # MoveItPy 路径规划模块
│   │   ├── welding_pose.py         # 姿态计算模块
│   │   ├── welding_sequence.py     # 规划顺序计算模块
│   │   ├── command.py              # 指令模块
│   │   ├── launch_plan.py          # 启动模块
│   │   ├── check_joint_limits.py   # 检查关节翻转模块
│   │   └── pointcloud_publisher.py # 点云信息发布模块
│   ├── utils/           # 工具包
│   │   ├── __init__.py
│   │   ├── execution_timer.py      # 计算函数执行时间工具
│   │   └── redis_param.py          # Redis 全局参数服务器工具
│   └── package.xml
├── moka_utils/          # 相关工具功能包
│   ├── __init__.py   
│   ├── execution_timer.py       # 计算函数执行时间工具
│   ├── redis_param.py           # Redis 全局参数服务器工具    
├── mr12_moveit_config/  # MoveIt2 配置包
│   ├── config/                 # MoveIt2 配置文件
│   │   ├── chomp_planning.yaml     # chomp 配置文件
│   │   ├── initial_positions.yaml  # 初始点配置文件
│   │   ├── joint_limits.yaml       # 机器人关节限位文件
│   │   ├── kinematics.yaml         # 逆运动学求解器配置文件
│   │   ├── moveit.rviz             # rviz 可视化配置文件
│   │   ├── moveit_controllers.yaml # moveit2 控制器配置文件
│   │   ├── mr12urdf20240605.ros2_control.xacro
│   │   ├── mr12urdf20240605.srdf   # 机器人模型配置文件
│   │   ├── mr12urdf20240605.urdf.xacro
│   │   ├── ompl_planning.yaml      # ompl 配置文件
│   │   ├── pilz_cartesian_limits.yaml
│   │   ├── ros2_controllers.yaml   # ros2 控制器配置文件
│   │   └── sensors_3d.yaml         # octomap 配置文件
│   ├── launch/           # ROS2 启动文件
│   │   ├── demo.launch.py          # 启动 MoveIt2 规划环境 
│   │   ├── move_group.launch.py
│   │   ├── moveit_rviz.launch.py
│   │   ├── rsp.launch.py
│   │   ├── setup_assistant.launch.py
│   │   ├── spawn_controllers.launch.py
│   │   ├── static_virtual_joint_tfs.launch.py
│   │   └── warehouse_db.launch.py
│   └── package.xml
├── mr12urdf20240605/     # 机器人描述包
│   ├── config/              # 配置文件
│   ├── launch/              # 启动文件
│   ├── meshes/              # 3D 网格文件
│   │   ├── Link1.STL
│   │   ├── Link2.STL
│   │   ├── Link3.STL
│   │   ├── Link4.STL
│   │   ├── Link5.STL
│   │   ├── Link6.STL
│   │   └── base_link.STL
│   ├── rviz/                # RViz 配置文件
│   └── urdf/                # URDF 机器人描述文件
│       ├── mr12urdf20240605.csv
│       └── mr12urdf20240605.urdf
└── weld_visual/     # 规划路径显示功能包
    ├── include/             # 头文件目录
    ├── src/                 # 源文件目录
    │   ├── weld_visual.cpp     # 规划路径显示  
    ├── CMakeLists.txt    
    └── package.xml

主要功能

1. 机器人建模与描述

• URDF 模型: 完整的 MR12 六自由度机械臂 URDF 描述文件
• 3D 网格: 高精度 STL 格式的机器人连杆网格文件
• 运动学参数: 详细的关节限制、惯性参数和碰撞检测配置
• 语义描述: SRDF 文件定义机器人组、预设姿态和碰撞禁用规则

2. 运动规划与控制

• MoveIt2 集成: 基于MoveIt2 框架的运动规划系统
• 规划算法: 目前只支持 OMPL 路径规划算法
• 轨迹执行: 完整的轨迹生成和执行功能
• 关节空间规划: 支持关节角度目标的运动规划
• 笛卡尔空间规划: 支持末端执行器位姿目标的运动规划
• 随机关节运动: 支持生成随机有效配置的运动功能
• 指定配置点运动: 支持运动到 srdf 配置点的运动功能
• 规划路径显示: 支持显示规划路径位置和姿态功能

3. 点云处理与感知

• 点云发布: 实时点云数据发布功能
• 点云降采样: 基于体素网格的点云降采样处理
• 焊缝检测: 专门的焊缝起点终点检测和向量计算
• 3D 感知: 集成 Open3D 库进行高级点云处理

4. 自定义消息接口

• 扩展轨迹消息: 增强的关节轨迹消息类型
• 轨迹点扩展: 包含类型和序列信息的轨迹点消息
• 灵活数据结构: 支持位置、速度、加速度和力矩数据

技术栈

核心框架

• ROS2 (Robot Operating System 2): 机器人操作系统框架
• MoveIt2: 运动规划框架
• Ament Python: ROS2 Python 构建系统
• Ament Cmake: ROS2 C++ 构建系统

编程语言

• Python3: 主要编程语言
• C++: 部分底层功能实现
• XML/YAML: 配置文件格式

关键依赖库

运动规划相关

• moveit_ros_move_group: MoveIt2 核心规划组件
• moveit_kinematics: 运动学求解器
• moveit_planners: 路径规划算法集合
• moveit_simple_controller_manager: 控制器管理
• moveit_configs_utils: MoveIt2 配置工具

机器人控制

• controller_manager: ROS2 控制器管理器
• joint_state_publisher: 关节状态发布器
• robot_state_publisher: 机器人状态发布器
• tf2_ros: 坐标变换库
• tf_transformations: 三维空间坐标变换和四元数运算

可视化与仿真

• rviz2: 3D 可视化工具
• rviz_common: RViz 通用组件
• rviz_default_plugins: RViz 默认插件
• moveit_rviz_tools: RViz 显示插件

点云处理

• Open3D: 3D 数据处理库
• NumPy: 数值计算库
• SciPy: 科学计算库
• sensor_msgs: 传感器消息类型

其他工具

• xacro: XML 宏处理器
• warehouse_ros_mongo: 运动规划数据库存储
• rclpy: ROS2 Python 客户端库
• rclcpp: ROS2 C++ 客户端库
• redis: redis 通信服务
• rosbridge: 提供基于 WebSocket 的 ROS 通信接口
• tf2_web_republisher: 将 ROS 的 TF 坐标变换实时发布为 WebSocket 数据

安装与使用

环境要求

• Ubuntu 24.04 LTS
• ROS 2 Jazzy
• Python 3.12+
• MoveIt2 Jazzy

安装步骤

1. 安装 ROS2 Jazzy

# 按照官方文档安装ROS2 Jazzy
sudo apt install ros-Jazzy-desktop

2. 安装 MoveIt2

sudo apt install ros-Jazzy-moveit*

3. 安装依赖包

sudo apt install ros-Jazzy-joint-state-publisher-gui \
                 ros-Jazzy-xacro \
                 ros-Jazzy-controller-manager \
                 ros-Jazzy-warehouse-ros-mongo \
                 ros-jazzy-tf-transformations \
                 ros-jazzy-rosbridge-server \
                 ros-jazzy-tf2-web-republisher 

4. 安装 Python3 依赖

pip3 install open3d redis -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

5. 配置 redis

sudo apt install redis-server
sudo systemctl enable redis-server
sudo systemctl start redis-server

6. 构建工作空间

cd ~/your_workspace
colcon build
source install/setup.bash

使用方法

ros2 launch moka_plan plan.launch.py

许可证

• moka_interface: Apache-2.0
• moka_plan: Apache-2.0
• moka_utils: Apache-2.0
• mr12_moveit_config: BSD
• mr12urdf20240605: BSD
• weld_visual: Apache-2.0

贡献者

• 维护者: shine-tong (shine-tong)
• 作者: shine-tong (shine-tong)
• 原始开发: ragesh (ragesh.ramachandran@ipa.fraunhofer.de)

支持与反馈

如有问题或建议，请通过以下方式联系：

• Github: https://github.com/shine-tong

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本项目基于 ROS2 和 MoveIt2 框架开发.