单/双臂协作机器人移动抓取方案

目录

一、方案概述2

二、系统功能3

三、系统配置及功能说明3

3.1移动平台 3

3.2机械臂：UR5协作型机械臂 5

3.3夹持器 6

3.4激光雷达 7

3.5 3D传感摄像头 8

四、软件系统9

4.1远程控制 9

4.2视觉 9

4.3导航 9

4.4机械手臂控制 10

五、方案配置11

智能移动抓取机器人方案、
视频地址：https://www.bilibili.com/video/BV1Ay4y1B721

一、方案概述

该方案在Robuster MR2000室外移动机器人平台上集成激光雷达、IMU实现机器人智能定位导航、自主避障、自主路径规划 ，搭载UR5协作机器臂、夹持器与视觉传感器，通过高性能移动工作站（ROS 主站）+ROS 操作软件实现机器人远程控制与智能移动抓取。

Robuster MR2000 移动机器人平台是一款集模块化、集成式、可定制为一身的可供户内外使用的机器人平台，适用于机器人教育培训、科学研究和产品开发等。具有通过性强、负载能力 大、精度高、易扩展、动力足和续航长等特点，可跨平台开发，支持多种应用场景。该平台上可集成激光雷达、摄像头、GPS 等传感器，云台、机械臂、抓持器等附件设备。基于该平台可实现SLAM、自主路径规划导航、智能避障等功能，适用于智能巡检、移动抓取、无 人驾驶、协同控制、计算机视觉、深度学习等技术的研究与应用。该平台提供可扩展的电气接口和供二次开发的 SDK，方便用户硬件集成和二次开发。

机械臂为UR5协作机械臂,有6个自由度，易于编程，设置快捷，具备协作性与安全性。用户可快速导入第三方离线编程软件数据,极大丰富了机器人的编程方式。夹持器配置了 Robotiq 2-Finger 85 自适应两指夹持器，使整体系统进行完美的进行抓取。

整体方案使用ROS（www.ros.org）开放式架构。ROS框架定义了一个组织良好的机器人软件系统结构，包括数百个用户提供的软件包和称为堆栈的软件包集合，实现功能如本地化和映射，规划，操作，感知等。这个特性简化了软件开发周期，并允许软件组件的轻松集成和重用，无论它们是视觉，SLAM,点云处理，掌握，规划，集群等中的设备驱动或最先进算法。

机器人的软件包括导航系统以及用于任务规划，提供定制化ROS系统及组件ROS驱动、完全配置的 MoveIt运动规划软件包、自主导航软件包、提供地图生成与定位软件，可实现定点视觉抓取DEMO及功能演示。该套系统可以用于遥操作机器人、农业机器人、服务机器人、移动仓储机器人等方面的研究和应用我司提供的该套产品已实现移动抓取的基本功能，用户可以使用该套系统快速方便的进行更高阶的算法应用的研究，实现多场景应用。

二、系统功能

该系统是一个可供远程操作的高性能移动抓取平台解决方案。机器人可通过高速无线网络和控制进行通讯，能够实现自主定位和导航，能够自动完成机械手臂路径规划并抓取指定物体，应用了手势控制与眼动追踪技术的传感器，增强现实交互，同时视觉系统能够提供实时的视觉信息反馈。集成的硬件都有现成的 ROS（Robot Operating System）驱动，可以通过标准 的 ROS 消息交换信息。系统各方面保持高度兼容，且能够使用 ROS 提供的大量应用程序。

三、系统配置及功能说明

智能移动抓取机器人系统的基座平台是高性能 Robuster MR2000移动平台，采用四轮差速驱动系统，适合全地形运动的轮胎及较高的底盘高度适应各种路面， 既满足崎岖地形路面，又可满足室内的运行环境。它安装了激光雷达用于导航和安全，配备了4G模块可实现远程操控，温湿度传感器、防撞传感器检测小车的工作状态，确保安全使用。激光雷达、深度相机配合 IMU、RTK传感器，完美的融合了目前主流的传感器，可以实现室内外自主导航功能。

技术指标

序号	名称	(导航版)参数
1	车身材质	铝合金
2	外形尺寸	1150*800*420mm
3	轮胎	标配 350mm 越野充气胎
4	整机重量	100kg
5	额定负载	70kg(最大负载 100kg)
6	驱动电机	一体伺服电机
7	减速比	32
8	电机额定功率	400W*4
9	电机编码器	65536 线
10	防撞杆保护	电子防撞系统
11	车身最小离地间隙	100mm(满载)130mm(空载)
12	最大越障高度	100mm(满载)130mm(空载)
13	最大移动速度	1.6m/s
14	最小转弯半径	0m
15	典型续航时间	4h
16	充电时间	3.5h(标准)
17	车载电源输出	12V/10A, 24V/10A
18	过电流保护	40A
19	通讯接口	USB2.0*1，USB3.0*1，网口*1
20	可拓展接口	USB2.0*4 网口*4
21	通讯模块	4G 通讯模块
22	电池	48V 30Ah 锂电池
23	输入电源	AC220V~240V/充电电流:10A(标准)
24	工控电脑	CPU-Intel i7/16G/250G
25	工控机操作系统	运 行 Ubuntu ( Linux) 预 安 装 ROS-Kinetic
26	传感器	IMU、温度传感器、电子防撞传感器、4G 模块、RTK-GPS、3D 激光雷达
27	软件部分	1.MR2000 robotic base control 程序。 包括以下功能: 1底层驱动2MR2000 仿真模型 3各传感器数据节点 4键盘控制小车 demo 2.激光雷达及 RTK 等外接设备的驱动包 3.提供 3D 建图的软件包 4.提供 ROS navigation 软件包(可实现 自主导航功能，包括自定位，避障，路径 规划等) 5.提供对外通信协议文档
28	防水等级	IP44
29	环境要求	操作温度:0-40°C ，避免长时间阳光暴 晒;储存温度:0-40°C

机械臂：UR5协作型机械臂

UR5 轻便、可轻松编程，而且无论在行业应用、尺寸还是产品性能 都可实现高度可定制化，无缝集成到任何生产设备中。 优傲 UR5 机器人易于编程，设置快捷，具备协作性与安全性，进行最高5公斤（11磅）的自动化任务，有效工作半径最高850毫米（33.5英寸）。

技术参数

夹持器

Robotiq 自适应机器人 2 指夹持器是专为实体制造业设计的夹持器，可以完全替代客户自制的末端夹持器和其他夹具，为工厂里的自动化设备提供同种模式的机器人夹持器，2 指自适应机器人夹持器完全兼容所有的主流开云电竞官网下载app。并且特别为 AUBO机器人提供 Plug + Play 整合包。

技术指标

激光雷达

RS-LIDAR-16是RoboSense（速腾聚创）规模量产的16线激光雷达，内置16组激光元器件，同时发射与接收高频率激光束，通过360°旋转，进行实时3D成像，提供精确的三维空间点云数据及物体反射率，让机器获得可靠的环境信息，为定位、导航、避障等提供有力的保障。

技术参数

激光雷达	参数
波长	905mm
激光等级	class1
精度	±2cm
最大负载	20cm-150m
出点数	320,000pys/s
垂直视场角	+15°~-15°
垂直角分辨率	2.0°
水平视场角	360°
水平角分辨率	0.09°至0.36°
转速	300-1200rpm（5-20HZ)
输入电压	9-32VDC
产品功率	9W(典型值）
防护安全级别	IP67
操作温度	-30~+60℃
规格	H:82.7mm*φ：109mm
重量	0.84kg
采集数据	三维空间坐标、反射率

3D传感摄像头

英特尔Intel RealSense D435传感摄像头能让硬件设备拥有一双感知环境的“智慧之眼”，并拥有3D识别、人脸识别、无检测量及识别、互动及高速追踪、避障等功能。

技术参数

工作环境	室内/室外
最小深度距离（Min-Z）	10cm
深度误差＜2%	2m
深度图像分辨率	1280*720@30fps 848*480@90fps
深度视场角/快门	86°* 57°/全局快门
彩色图像/快门	2MP/64°* 41°/卷帘快门
IMU	是
产品尺寸（毫米）	90*25*25
常规使用场景	3D扫描 人脸识别 无检测量及识别 互动及高速追踪 避障

四、软件系统

该系统采用是基于开源的 ROS 系统的开发控制软件，可使机器人能实现如下功能：

4.1远程控制

ROS 是一个分布式的机器人系统，其节点可以分布在不同的主机上，不同的节点通过 TCP/IP 协议进行通讯。在控制软件中设置了移动平台可通过连接到控制机的键盘、手柄或其他输入设备进行远程控制。移动平台接收到控制命令后即可完成相应动作，比如转向、调整速度。

4.2视觉

在控制软件视觉主要通过调用 ROS 提供的库来实现这项功能。软件中提供了动态参数调整工具，可以很容易的设置块匹配算法的参数，以实现该功能。

4.3导航

SLAM（即时定位与地图生成）：在软件中机器人首先通过各种传感器（激光雷达）确定自身在未知环境中的相对位置，在移动过程中不断重复定位，生成当前环境的平面地图。

控制软件提供了根据生成地图进行导航。导航时需要先手动指定机器人的起始位置和目标位置，同时机器人会计算出机器人在地图中的位置；并规划最短路径，此算法基于有向带权值图，将地图中的每个像素作为图中的一个节点，规划出起始点到目标点的最短无障碍路径，最后由动态窗口法计算出控制命令发给移动平台，使其沿规划的路径前进，前进的过程自动避开障碍物，高性能的 IMU传感器用于对机器人运行方向进行实时控制及反馈保证了机器人能够维持姿态，防止倾翻。

4.4机械手臂控制

运动规划:

在控制软件中提供了一系列的工具用于机械臂的运动规划，包括正/逆运动学求解器，OMPL 运动规划库，可视化组件等。控制机械手臂时，可直接拖动机 械手的位置进行末端执行器控制，机械手到达指定位置后，可进行机械臂运动规 划（如图三所示，图中橙黄色的臂为目标状态），计算出机械臂从初始位置到目标位置的运动轨迹，此轨迹由一系列的关节角值组成，然后再将此轨迹发给机械臂控制执行。抓取不同的物体，软件能根据物体的不同形状确定合适的抓取方式及放置到指定位置，同时可与双目视觉构成了很好的手眼配合系统。

一、方案配置

序号	产品	技术参数
1	Robuster 移动 机器人 MR2000 导航版	机械 性能	车体材质: 铝合金 车身尺寸: 1150*800*420mm 轮胎尺寸: 标配 350mm 越野充气胎 车体自重: 100kg 车身最小离地距离: 100mm(满载)130mm(空载) 额定负载: 70kg（最大100kg） 防撞杆保护: 电子防撞系统 驱动电机: 一体伺服电机 电机额定功率: 400W*4 减速比: 32 最大运行速度: 1.6m/s 最大越障高度: 100mm(满载)130mm(空载) 最小转弯半径: 0°
		电气性能	电机编码器: 65536 充电时间: 3.5h（标准） 续航时间: 4h 车载电源输出：12V/10A, 24V/10A 过电流保护：40A 通讯接口：USB2.0*1，USB3.0*1，网口*1 可拓展接口：USB2.0*4 网口*4 通讯模块：4G 通讯模块 电池：48V 30Ah 锂电池 输入电源：AC220V~240V/充电电流:10A(标准) 工控电脑：CPU-Intel i7/16G/250G 工控机操作系统：运 行 Ubuntu ( Linux) 预 安 装 ROS-Kinetic 防护等级：IP44（可升级为IP54）
		配件	IMU、温度传感器、电子防撞传感器、4G 模块、RTK-GPS、3D 激光雷达
		软件	1.MR2000 robotic base control 程序。 包括以下功能: 1）底层驱动 2）MR2000仿真模型 3）各传感器数据节点 4）键盘控制小车 demo 2.激光雷达及 RTK 等外接设备的驱动包 3.提供 3D 建图的软件包 4.提供 ROS navigation 软件包(可实现 自主导航功能，包括自定位，避障，路径 规划等) 5.提供对外通信协议文档
2	UR5协作机械臂		负载：5kg 工作范围：850mm 自由度：6个旋转关节 功耗：最低90W,-> 额定150W,最高325W 可重复性：±0.03mm 工具端最大速度：3 米/秒 温度范围：0-50℃ 防护等级：IP54 工作湿度：0-90% 机器人安装：任意角度
3	Robotiq 2-Finger 85 两指夹持器		夹爪数量：2 指 行程：85mm 抓取力：20-235N 最大负载：5kg 重量：900g 重复精度：0.05mm 位置分辨率 ：0.4mm 通讯接口：通讯接口
5	英特尔Intel RealSense D435传感摄像头		工作环境：室内/室外 最小深度距离（Min-Z）：10cm 深度误差＜2%：2m 深度图像分辨率：1280*720@30fps /848*480@90fps 深度视场角/快门：86°* 57°/全局快门 彩色图像/快门：2MP/64°* 41°/卷帘快门 IMU：是 产品尺寸（毫米）：90*25*25 常规使用场景：3D扫描、人脸识别、无检测量及识别、互动及高速追踪、避障
6	定制电池		48V 20Ah机械臂供电专用，定制
7	集成费（包括结构电气和软件）		结构上要额外加机械手臂的固定座，电池固定座等；电气上需要加机械手臂供电的稳压电源，夹持器的电源供电等；软件上需要在同一个工控机下调通车，臂和夹持器的程序，并且能够保证同时运行
8	现场培训与售后服务费用		2个工程师2天的费用和来回机票等