ROS实现SCARA机器人运动控制指南

1万 · 2025-3-24 18:15

通过ROS实现SCARA机器人运动控制需要结合URDF建模、MoveIt运动规划、控制器配置及硬件接口开发。以下是分步骤指南：

1. 创建SCARA机器人URDF模型

描述机器人结构：定义基座、旋转关节（J1, J2）、线性关节（J3）和末端执行器。
关键参数：

<joint name="j1" type="revolute">
  <parent link="base_link"/>
  <child link="link1"/>
  <axis xyz="0 0 1"/> <!-- Z轴旋转 -->
  <limit lower="-3.14" upper="3.14"/>
</joint>
<joint name="j3" type="prismatic">
  <axis xyz="0 0 1"/> <!-- Z轴移动 -->
  <limit lower="0" upper="0.1"/>
</joint>

1万 · 2025-3-24 18:17

2. 配置MoveIt运动规划

生成配置文件：

roslaunch moveit_setup_assistant setup_assistant.launch

- 导入URDF，设置规划组（如 arm_group包含J1-J3）。
- 选择运动学求解器（如KDL或自定义SCARA求解器）。
示例规划组配置：

arm_group:
  kinematics_solver: kdl_kinematics_plugin/KDLKinematicsPlugin
  joints: [j1, j2, j3]

1万 · 2025-3-24 18:18

3. 配置轨迹控制器

创建控制器YAML文件（scara_control.yaml）：

scara_controller:
  type: "position_controllers/JointTrajectoryController"
  joints: [j1, j2, j3]
  constraints:
    goal_time: 0.5
    stopped_velocity_tolerance: 0.01

启动控制器：

<node name="controller_spawner" pkg="controller_manager" type="spawner" 
      args="scara_controller"/>

1万 · 2025-3-24 18:20

4. 仿真测试（Gazebo）

添加Gazebo插件到URDF：

<gazebo>
  <plugin name="gazebo_ros_control" filename="libgazebo_ros_control.so"/>
</gazebo>

启动仿真：

roslaunch gazebo_ros empty_world.launch
roslaunch scara_description upload.launch

1万 · 2025-3-24 18:21

5. 运动规划与执行

通过RViz发送目标位姿：

roslaunch scara_moveit_config demo.launch

使用MotionPlanning插件拖动机器人或编程发送目标：

from moveit_commander import MoveGroupCommander
group = MoveGroupCommander("arm_group")
group.set_joint_value_target([0.5, -0.5, 0.02])
group.go()

1万 · 2025-3-24 18:23

6. 真实硬件接口

编写硬件接口节点（C++/Python）：

#include <ros/ros.h>
#include <hardware_interface/joint_command_interface.h>

class ScaraHW : public hardware_interface::RobotHW {
public:
  void read() { /* 读取编码器数据 */ }
  void write() { /* 发送指令到电机 */ }
};

配置ROS Control：

# scara_hw.yaml
hardware_interface:
  joints: [j1, j2, j3]
  interfaces: [position]

1万 · 2025-3-24 18:23

7. 常见问题解决

控制器未启动：检查 ros_control配置和YAML文件格式。
规划失败：确认运动学求解器支持SCARA结构，调整关节限制。
硬件延迟：优化通信协议（如使用RT内核或EtherCAT）。

1万 · 2025-3-24 18:26

关键资源

ROS Control文档
MoveIt教程
URDF建模指南

通过以上步骤，可实现从仿真到真实硬件的SCARA机器人全功能控制。

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