網(wǎng)上有很多關(guān)于pos機(jī)pi,使用Geomagic Touch的知識(shí)，也有很多人為大家解答關(guān)于pos機(jī)pi的問題，今天pos機(jī)之家(m.afbey.com)為大家整理了關(guān)于這方面的知識(shí)，讓我們一起來看下吧!
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pos機(jī)pi
傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人普遍采用電機(jī) 、齒輪減速器 、關(guān)節(jié)軸三者直接連接的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)要求電機(jī)與減速器安裝在機(jī)械臂關(guān)節(jié)附近，其缺點(diǎn)是對(duì)于多關(guān)節(jié)機(jī)械臂，下一級(jí)關(guān)節(jié)的電機(jī)與減速器等驅(qū)動(dòng)裝置成為上一級(jí)關(guān)節(jié)的額外負(fù)載 。這一額外負(fù)載帶來的負(fù)面影響往往超過機(jī)械臂連桿等必要結(jié)構(gòu)件，因此提高了對(duì)機(jī)械臂動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)元件的要求，由此造成整體重量 、體積 、造價(jià)和內(nèi)部消耗的增加，降低了機(jī)械臂對(duì)外做功的能力和效率。為了避免這一問題許多主動(dòng)式醫(yī)療機(jī)器人采用繩驅(qū)動(dòng)方式，使用柔性繩索遠(yuǎn)距離的傳遞運(yùn)動(dòng)和力矩。將驅(qū)動(dòng)裝置安裝到遠(yuǎn)離相關(guān)關(guān)節(jié)的基座上，使得整個(gè)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)緊湊 ，在減輕機(jī)械臂整體重量的同時(shí)提高了對(duì)外做功的能力。下圖所示的就是達(dá)芬奇手術(shù)機(jī)器人的末端夾子，采用繩驅(qū)動(dòng)方式可以在較小的機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多自由度的靈活運(yùn)動(dòng)：
下面嘗試在VREP中使用力反饋設(shè)備Phantom omni來控制醫(yī)療機(jī)器人的末端夾子。機(jī)構(gòu)簡圖如下圖所示，一共有5個(gè)自由度：其中移動(dòng)自由度負(fù)責(zé)進(jìn)給，一個(gè)整體旋轉(zhuǎn)自由度，還有兩個(gè)左右、上下彎曲的自由度，最后是控制夾子張合的自由度。
刪除Solidworks CAD模型中的一些不必要特征，比如倒角、內(nèi)部孔、螺紋孔等，導(dǎo)出成STL文件，再導(dǎo)入到VREP中。然后還需要進(jìn)行繼續(xù)化簡，減少網(wǎng)格數(shù)量，當(dāng)網(wǎng)格數(shù)減少到不影響幾何外觀就可以了。接下來在相應(yīng)的位置添加關(guān)節(jié)，設(shè)置關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍（軟件限位），并將其設(shè)為Inverse kinematics模式。
設(shè)置Calculation Modules中的Inverse kinematics：
搭建好模型后可以先用鍵盤進(jìn)行測(cè)試，按方向鍵移動(dòng)ikTarget，VREP會(huì)根據(jù)構(gòu)型自動(dòng)計(jì)算運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，然后將ikTip移動(dòng)到ikTarget處（這樣就會(huì)帶著整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)）。鍵盤控制的腳本代碼如下：
if (sim_call_type==sim_childscriptcall_initialization) then -- Put some initialization code here targetHandle = simGetObjectHandle('ikTarget')endif (sim_call_type==sim_childscriptcall_actuation) then -- Put your main ACTUATION code hereendif (sim_call_type==sim_childscriptcall_sensing) then -- Put your main SENSING code here -- Read the keyboard messages (make sure the focus is on the main window, scene view): message, auxiliaryData = simGetSimulatorMessage() if (message == sim_message_keypress) then if (auxiliaryData[1]==119) then -- W key local p = simGetObjectPosition(targetHandle, -1) p[1] = p[1] - 0.001 simSetObjectPosition(targetHandle, -1, p) end if (auxiliaryData[1]==115) then -- S key local p = simGetObjectPosition(targetHandle, -1) p[1] = p[1] + 0.001 simSetObjectPosition(targetHandle, -1, p) end if (auxiliaryData[1]==2007) then -- up key local p = simGetObjectPosition(targetHandle, -1) p[3] = p[3] + 0.001 simSetObjectPosition(targetHandle, -1, p) end if (auxiliaryData[1]==2008) then -- down key local p = simGetObjectPosition(targetHandle, -1) p[3] = p[3] - 0.001 simSetObjectPosition(targetHandle, -1, p) end if (auxiliaryData[1]==2009) then -- left key local p = simGetObjectPosition(targetHandle, -1) p[2] = p[2] - 0.001 simSetObjectPosition(targetHandle, -1, p) end if (auxiliaryData[1]==2010) then -- right key local p = simGetObjectPosition(targetHandle, -1) p[2] = p[2] + 0.001 simSetObjectPosition(targetHandle, -1, p) end endendif (sim_call_type==sim_childscriptcall_cleanup) then -- Put some restoration code hereend
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測(cè)試沒問題后可以使用CHAI3D插件來連接力反饋設(shè)備。這里采用增量控制的模式，即計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻與前一時(shí)刻手柄位置在X、Y、Z方向上的差，然后控制VREP中的ikTarget控制點(diǎn)按相應(yīng)的增量移動(dòng)。注意在VREP中機(jī)器人向前運(yùn)動(dòng)是沿X軸負(fù)方向、向上運(yùn)動(dòng)是沿Z軸正方向、向右運(yùn)動(dòng)是沿Y軸正方向，這與CHAI3D中坐標(biāo)系的定義一致（向前推手柄是沿著X軸負(fù)方向...），因此可以使用力反饋設(shè)備直觀的控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然如果坐標(biāo)系定義不一致，需要進(jìn)行簡單的轉(zhuǎn)換才行。
下面的代碼在sensing探測(cè)部分會(huì)使用simExtCHAI3D_readPosition來讀取當(dāng)前操作手柄的位置和按鈕狀態(tài)。按照VREP默認(rèn)設(shè)置，這部分代碼會(huì)50ms執(zhí)行一次，這里會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題：如果采樣速率太快，會(huì)導(dǎo)致前后兩次采集到的位置數(shù)據(jù)偏差為零（人手的操作頻率沒那么快，還來不及改變位置），那么輸出的控制量就一直是零，這樣就沒辦法用增量控制的方式來操控機(jī)器人。解決辦法是延遲幾個(gè)周期再采樣，等到有足夠大的偏差之后再生成控制量。還有一個(gè)問題是使用CHAI3D返回的數(shù)據(jù)以“米”為單位，而VREP世界中的單位有可能未知，那么使用增量控制時(shí)需要對(duì)控制量乘一個(gè)比例系數(shù)，避免因操作端微小的移動(dòng)造成從動(dòng)端運(yùn)動(dòng)量過大，超出關(guān)節(jié)限制（無法到達(dá)的逆解）?；蛘呖梢哉{(diào)節(jié)比例系數(shù)，用操作端的大位移來控制從動(dòng)端的小位移，實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制。
if (sim_call_type==sim_childscriptcall_initialization) then -- Check if the plugin is loaded: moduleName=0 moduleVersion=0 index=0 pluginNotFound=true while moduleName do moduleName,moduleVersion=simGetModuleName(index) if (moduleName=='CHAI3D') then pluginNotFound=false end index=index+1 end if (pluginNotFound) then simDisplayDialog('Error','CHAI3D plugin was not found, or was not correctly initialized (v_repExtCHAI3D.dll).',sim_dlgstyle_ok,false,nil,{0.8,0,0,0,0,0},{0.5,0,0,1,1,1}) else -- Start the device: local toolRadius = 0.001 -- the radius of the tool local workspaceRadius = 0.2 -- the workspace radius if simExtCHAI3D_start(0, toolRadius,workspaceRadius) ~= 1 then simDisplayDialog('Error','Device failed to initialize.',sim_dlgstyle_ok,false,nil,{0.8,0,0,0,0,0},{0.5,0,0,1,1,1}) else CHAI3DPluginInitialized = true end end targetHandle = simGetObjectHandle('ikTarget') deltaPos = {0, 0, 0} counter = 0 ratio = 50endif (sim_call_type==sim_childscriptcall_actuation) then if buttonState ==1 then -- press the button local p = simGetObjectPosition(targetHandle, -1) -- get the target position -- add increment of the tool tip p[1] = p[1] + deltaPos[1] / ratio p[2] = p[2] + deltaPos[2] / ratio p[3] = p[3] + deltaPos[3] / ratio simSetObjectPosition(targetHandle, -1, p) -- move to the absolute position endendif (sim_call_type==sim_childscriptcall_sensing) then if CHAI3DPluginInitialized then -- Read the current position of the cursor: local currentToolPosition = simExtCHAI3D_readPosition(0) -- Read the buttons of the device: buttonState = simExtCHAI3D_readButtons(0) counter = counter + 1 -- increase the counter if counter % 30 == 1 then -- keep the value prevToolPosition = currentToolPosition end if counter % 30 == 0 then -- calculate tool tip increment deltaPos[1] = currentToolPosition[1] - prevToolPosition[1] -- X-axis increment deltaPos[2] = currentToolPosition[2] - prevToolPosition[2] -- Y-axis increment deltaPos[3] = currentToolPosition[3] - prevToolPosition[3] -- Z-axis increment counter = 0 -- reset counter local info = string.format("CurrentPosition:%.2f,%.2f,%.2f DeltaPosition:%.2f,%.2f,%.2f", currentToolPosition[1],currentToolPosition[2],currentToolPosition[3], deltaPos[1],deltaPos[2],deltaPos[3]) simAddStatusbarMessage(info) end endendif (sim_call_type==sim_childscriptcall_cleanup) then if CHAI3DPluginInitialized then -- Disconnects all devices and removes all objects from the scene simExtCHAI3D_reset() endend
將力反饋設(shè)備手柄移動(dòng)到合適的位置之后就可以按住按鈕開始操控機(jī)器人，松開按鈕會(huì)停止控制。如果在VREP虛擬場景中添加其它物體（比如障礙物），則還可以模擬環(huán)境中的力（接觸力、重力、摩擦力、彈簧力等）讓操控著“感覺”到。如果實(shí)際機(jī)器人上裝有力傳感器，則在用Phantom omni控制機(jī)器人的同時(shí)也能讀取力的信息，反饋給操作者。
下面是使用Phantom omni來控制機(jī)器人的動(dòng)態(tài)圖，黃色的軌跡為使用Graph記錄的控制點(diǎn)的空間位置：
對(duì)于該機(jī)構(gòu)也可以自己實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的數(shù)值算法，下面給出偽逆矩陣法和阻尼最小二乘法的參考：
import math import numpy as np# link lengthL1 = 1 L2 = 1gamma = 1 # step sizelamda = 0.2 # damping constant (DLS-method)stol = 1e-3 # tolerancenm = 10 # initial errorcount = 0 # iteration countilimit = 20 # maximum iteration# numerical method for inverse kinematicsmethod = 'Pseudo Inverse' # 'Pseudo Inverse', 'DLS', ...# initial joint valueq = np.array([0, 0, math.pi/2, 0]) # [theta1, d1, theta2, theta3]# target position target_pos = np.array([1, 0, 2]) # [x,y,z]while True: if(nm > stol): # forward kinematics: x = np.array([math.cos(q[0])*math.cos(q[2])*(L1+L2*math.cos(q[3]))+L2*math.sin(q[0])*math.sin(q[3]),\\ math.cos(q[2])*math.sin(q[0])*(L1+L2*math.cos(q[3]))-L2*math.cos(q[0])*math.sin(q[3]),\\ q[1]+(L1+L2*math.cos(q[3]))*math.sin(q[2])]) # compute error error = target_pos - x # compute Jacobian J11 = -math.sin(q[0])*math.cos(q[2])*(L1+L2*math.cos(q[3]))+L2*math.cos(q[0])*math.sin(q[3]) J12 = 0 J13 = -math.sin(q[2])*math.cos(q[0])*(L1+L2*math.cos(q[3])) J14 = L2*(math.sin(q[0])*math.cos(q[3])-math.cos(q[0])*math.cos(q[2])*math.sin(q[3])) J21 = math.cos(q[0])*math.cos(q[2])*(L1+L2*math.cos(q[3]))+L2*math.sin(q[0])*math.sin(q[3]) J22 = 0 J23 = -math.sin(q[0])*math.sin(q[2])*(L1+L2*math.cos(q[3])) J24 = -L2*(math.cos(q[0])*math.cos(q[3])+math.sin(q[0])*math.cos(q[2])*math.sin(q[3])) J31 = 0 J32 = 1 J33 = math.cos(q[2])*(L1+L2*math.cos(q[3])) J34 = -L2*math.sin(q[2])*math.sin(q[3]) J = np.array([[J11,J12,J13,J14],[J21,J22,J23,J24],[J31,J32,J33,J34]]) if method == 'Pseudo Inverse': # Pseudo Inverse Method J_pseudo = np.dot(J.transpose(), np.linalg.inv(J.dot(J.transpose()))) # compute pseudo inverse dq = gamma * J_pseudo.dot(error) if method == 'DLS': # Damped Least Squares Method f = np.linalg.solve(J.dot(J.transpose())+lamda**2*np.identity(3), error) dq = np.dot(J.transpose(), f) # update joint position q = q + dq nm = np.linalg.norm(error) count = count + 1 if count > ilimit: print "Solution wouldn't converge!" break else: # print result print 'theta1=' + str(q[0]*180/math.pi)+' d1='+str(q[1]) + ' theta2=' + str((q[2]-math.pi/2)*180/math.pi)+' theta3=' + str(q[3]*180/math.pi) print 'Current position: %.2f, %.2f, %.2f' %(x[0],x[1],x[2]) print str(count)+' iterations'+' err:'+str(nm) break
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