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ELU机械臂运动控制框架

概述

ELU机械臂运动控制框架是一个基于ROS2的通用机械臂控制系统，采用分层解耦和插件化的设计理念，支持多种品牌机械臂的统一控制，并集成了完整的TCP视觉通信系统。

特性

  • 🔌 插件化架构: 支持动态加载不同品牌机械臂适配器
  • 🛡️ 安全保障: 内置多层安全检查机制
  • 🎯 统一接口: 提供标准化的控制API
  • 📊 实时监控: 完善的状态监控和错误处理
  • ⚡ 高性能: 满足工业级实时控制要求
  • 🔧 易扩展: 便于添加新的机械臂支持
  • 🎯 视觉集成: 内置TCP视觉通信模块，支持视觉引导操作
  • 🤖 智能抓取: 完整的视觉检测→抓取→放置自动化流程

新增视觉功能

🎯 视觉通信特性

  • TCP客户端连接: 机器人作为客户端连接视觉服务器
  • 双向通信: 支持位姿查询响应和拍照指令发送
  • 自动重连: 断线自动重连机制和心跳监控
  • 多工位支持: 支持多个检测工位的配置和管理
  • 实时结果处理: 视觉检测结果的实时解析和ROS消息发布

📡 支持的通信协议

  • 位姿查询响应: getRobotPose, → p,x,y,z,a,b,c,
  • 拍照指令发送: d,x,y,z,a,b,c,stationId,
  • 视觉结果接收: code,x,y,z,a,b,c,... (支持多目标检测)

系统要求

  • Ubuntu 22.04.5 LTS
  • ROS2 Humble
  • C++17 编译器
  • CMake 3.8+
  • YAML-CPP库
  • 网络库支持 (Linux自带, Windows需要ws2_32)

快速开始

1. 安装依赖

# 安装ROS2 Humble
sudo apt update
sudo apt install ros-humble-desktop

# 安装额外依赖
sudo apt install libyaml-cpp-dev
sudo apt install ros-humble-moveit
sudo apt install ros-humble-pluginlib
sudo apt install ros-humble-rqt-graph
sudo apt install ros-humble-rqt-plot

2. 构建框架

# 创建工作空间
mkdir -p ~/elu_robot_ws/src
cd ~/elu_robot_ws/src

# 克隆代码（或者直接拷贝创建的包）
# git clone <repository_url>

# 构建（支持多种配置选项）
cd ~/elu_robot_ws

# 完整构建（包含视觉支持）
colcon build --symlink-install

# 仅构建核心功能（不包含视觉）
colcon build --symlink-install --cmake-args -DBUILD_VISION_SUPPORT=OFF

# 调试构建
colcon build --symlink-install --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug

# 源环境
source install/setup.bash

3. 启动框架

# 启动单机械臂控制（传统模式）
ros2 launch elu_robot_arm_framework elu_robot_framework.launch.py

# 启动视觉集成演示（推荐）
ros2 launch elu_robot_arm_framework vision_integration_demo.launch.py

# 启动独立视觉通信节点
ros2 run elu_robot_arm_framework vision_communication_node

使用指南

机械臂配置

编辑 config/robots/rokae_cr7_config.yaml 文件：

robot_arms:
  rokae_cr7:
    type: "rokae_adapter"
    ip_address: "192.168.0.160"
    local_ip: "192.168.0.100"
    port: 8080
    dof: 6
    max_payload: 7.0
    # ... 其他配置

视觉系统配置

编辑 config/vision_config.yaml 文件：

vision_server:
  ip_address: "192.168.1.100"
  port: 8080
  auto_connect: true
  auto_reconnect: true
  reconnect_interval: 5.0

stations:
  station_1:
    id: 1
    name: "抓取工位"
    scan_position:
      joints: [0.0, -0.3, 0.5, 0.0, 1.57, 0.0]
    approach_height: 0.05

基本运动控制

# 关节运动
ros2 topic pub /motion_command elu_robot_arm_framework/msg/MotionCommand \
  '{robot_id: "rokae_cr7", motion_type: 0, joint_positions: [0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6], speed_ratio: 0.5}'

# 笛卡尔运动
ros2 topic pub /motion_command elu_robot_arm_framework/msg/MotionCommand \
  '{robot_id: "rokae_cr7", motion_type: 1, target_pose: {position: {x: 0.5, y: 0.2, z: 0.3}}, speed_ratio: 0.5}'

视觉系统操作

# 连接视觉服务器
ros2 service call /connect_vision std_srvs/srv/Trigger

# 触发视觉检测
ros2 service call /trigger_vision elu_robot_arm_framework/srv/TriggerVision \
  '{station_id: 1, timeout: 15.0}'

# 启动完整演示
ros2 service call /start_vision_demo std_srvs/srv/Trigger

# 监控视觉结果
ros2 topic echo /vision_result

# 监控连接状态
ros2 topic echo /vision_connection_status

系统监控

# 查看所有话题
ros2 topic list

# 查看所有服务
ros2 service list

# 监控机器人状态
ros2 topic echo /robot_status

# 监控关节状态
ros2 topic echo /joint_states

# 实时网络拓扑
rqt_graph

功能模块

核心控制模块

  • MotionController: 运动控制管理器
  • RobotArmInterface: 机械臂统一接口
  • PluginManager: 插件管理器
  • SafetyChecker: 安全检查器

视觉通信模块

  • VisionCommunication: TCP视觉通信核心类
  • VisionIntegrationExample: 完整视觉集成演示
  • VisionCommunicationNode: 独立视觉通信节点

适配器插件

  • RokaeAdapter: Rokae机械臂适配器
  • RokaeMotionPlanner: Rokae运动规划器
  • EluAdapter: ELU机械臂适配器（可扩展）

开发指南

添加新机械臂支持

  1. 创建适配器类继承 RobotArmInterface
class NewRobotAdapter : public RobotArmInterface {
public:
    bool connect(const std::string& config_file) override;
    bool moveToJoint(const std::vector<double>& joints, double speed_ratio = 1.0) override;
    // ... 实现所有虚函数
};
  1. 实现所有虚函数接口
  2. 创建插件描述文件
  3. 更新CMakeLists.txt
  4. 添加配置文件

扩展视觉功能

  1. 自定义检测结果处理:
void handleCustomVisionResult(const VisionDetectionResult& result) {
    for (const auto& pose : result.poses) {
        // 自定义处理逻辑
    }
}
  1. 添加新的通信协议:
void processReceivedMessage(const std::string& message) {
    if (message.find("custom_command") == 0) {
        handleCustomCommand(message);
    }
}
  1. 配置新工位:
stations:
  station_3:
    id: 3
    name: "新检测工位"
    scan_position:
      joints: [0.2, -0.4, 0.6, 0.0, 1.0, 0.2]

详细步骤请参考 开发文档

API文档

核心接口

  • RobotArmInterface: 机械臂统一接口基类
  • MotionController: 运动控制管理器
  • PluginManager: 插件管理器
  • SafetyChecker: 安全检查器
  • VisionCommunication: 视觉通信接口

消息类型

  • MotionCommand: 运动命令消息
  • RobotStatus: 机械臂状态消息
  • VisionResult: 视觉检测结果消息

服务类型

  • SwitchRobot: 切换机械臂服务
  • ExecuteMotion: 执行运动服务
  • TriggerVision: 触发视觉检测服务

部署方案

1. 基础机械臂控制

# 仅机械臂控制，不包含视觉
ros2 launch elu_robot_arm_framework elu_robot_framework.launch.py \
    robot_ip:=192.168.0.160 \
    config_file:=config/robots/rokae_cr7_config.yaml

2. 完整视觉集成系统

# 完整系统：机械臂 + 视觉 + 自动演示
ros2 launch elu_robot_arm_framework vision_integration_demo.launch.py \
    vision_server_ip:=192.168.1.100 \
    vision_server_port:=8080 \
    robot_ip:=192.168.0.160 \
    demo_mode:=true \
    use_rviz:=true

3. 分布式部署

# 机器人控制节点
ros2 run elu_robot_arm_framework rokae_integration_example

# 独立视觉通信节点（可在不同机器上运行）
ros2 run elu_robot_arm_framework vision_communication_node \
    --ros-args -p vision_server_ip:=192.168.1.100

4. 开发调试模式

# 带调试和可视化工具
ros2 launch elu_robot_arm_framework vision_integration_demo.launch.py \
    log_level:=debug \
    use_rviz:=true \
    use_rqt:=true \
    auto_start:=false

故障排除

常见问题

  1. 机械臂连接失败

    # 检查网络连通性
ping 192.168.0.160

# 检查配置文件
cat config/robots/rokae_cr7_config.yaml

  2. 视觉服务器连接失败

    # 检查视觉服务器
ping 192.168.1.100
telnet 192.168.1.100 8080

# 查看连接状态
ros2 topic echo /vision_connection_status

  3. 编译错误

    # 检查依赖
rosdep install --from-paths src --ignore-src -r -y

# 清理重建
colcon build --cmake-clean-cache

日志分析

# 查看节点日志
ros2 node info /vision_communication
ros2 node info /vision_integration_example

# 实时日志监控
ros2 topic echo /rosout --qos-profile system_default

性能优化

网络优化

  • 使用专用网络连接
  • 调整TCP缓冲区大小
  • 优化消息传输频率

运动优化

  • 调整速度和加速度参数
  • 使用转弯区减少停顿
  • 优化路径规划算法

系统监控

  • CPU和内存使用监控
  • 网络延迟测试
  • 实时性能分析

许可证

Apache License 2.0

更新日志

v2.0.0 - 视觉集成版本

  • ✨ 新增TCP视觉通信模块
  • ✨ 新增视觉引导抓取演示
  • ✨ 新增多工位检测支持
  • ✨ 新增自动重连机制
  • 🔧 优化CMakeLists.txt构建配置
  • 📚 完善文档和使用指南

v1.0.0 - 基础版本

  • 🎉 基础机械臂控制框架
  • 🔌 插件化架构设计
  • 🛡️ 安全检查机制
  • 📊 状态监控系统

贡献

欢迎提交Issue和Pull Request！

贡献指南

  1. Fork 项目
  2. 创建功能分支 (git checkout -b feature/AmazingFeature)
  3. 提交更改 (git commit -m 'Add some AmazingFeature')
  4. 推送到分支 (git push origin feature/AmazingFeature)
  5. 打开 Pull Request

联系方式

About

Universal_Robotic_Arm_Frame(通用机械臂框架)

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