Создайте ограничения на относительную ориентацию тела
The constraintOrientationTarget
объект описывает ограничение, которое требует ориентации одного тела (конечного эффектора), чтобы соответствовать целевой ориентации в угловом допуске в любом направлении. Ориентация цели задается относительно каркаса кузова тела ссылки.
Объекты ограничений используются в generalizedInverseKinematics
объекты для задания нескольких кинематических ограничений на робота.
Пример, в котором используется несколько объектов ограничений, см. в разделе «Планирование достижения траектории с несколькими кинематическими ограничениями».
возвращает целевой объект ориентации, который представляет ограничение на тело модели робота, заданное как orientationConst
= constraintOrientationTarget(endeffector
)endeffector
.
возвращает целевой объект ориентации с каждым заданным именем свойства, установленным в заданное значение одним или несколькими orientationConst
= constraintOrientationTarget(endeffector
,Name,Value
)Name,Value
аргументы в виде пар.
endeffector
- Имя End-effectorИмя End-effector, заданное как строковый скаляр или вектор символов. При использовании этого ограничения с generalizedInverseKinematics
, имя должно совпадать с телом, заданным в модели робота (rigidBodyTree
).
Пример: "left_palm"
Типы данных: char
| string
EndEffector
- Имя конечного эффектораИмя конечного эффектора, заданное как строковый скаляр или вектор символов. При использовании этого ограничения с generalizedInverseKinematics
, имя должно совпадать с телом, заданным в модели робота (rigidBodyTree
).
Пример: "left_palm"
Типы данных: char
| string
ReferenceBody
- Имя опорного каркаса кузова''
(по умолчанию) | строковый скаляр | символьный векторИмя ссылки каркаса кузова, заданное как строковый скаляр или вектор символов. Значение по умолчанию ''
указывает, что ограничение относится к основе модели робота. При использовании этого ограничения с generalizedInverseKinematics
, имя должно совпадать с телом, заданным в модели робота (rigidBodyTree
).
Типы данных: char
| string
TargetOrientation
- Целевая ориентация концевого эффектора относительно опорного тела[1 0 0 0]
(по умолчанию) | четырехэлементный векторЦелевая ориентация концевого эффектора относительно тела ссылки, заданная как четырехэлементный вектор, который представляет модулю кватернион. Ориентация концевого эффектора относительно ссылки каркаса кузова является ориентацией, которая преобразует направление, заданное в системе координат конца в то же направление, заданное в ссылку каркаса кузова.
OrientationTolerance
- Максимально допустимый угол поворота0
(по умолчанию) | числовой скалярМаксимально допустимый угол поворота в радианах, заданный как числовой скаляр. Это значение является верхней границей величины вращения, необходимой для соответствия ориентации конечного эффектора целевой ориентации.
Weights
- Вес ограничения1
(по умолчанию) | числовой скалярВес ограничения, заданный как числовой скаляр. Этот вес используется с Weights
свойство всех ограничений, указанных в generalizedInverseKinematics
чтобы правильно сбалансировать каждое ограничение.
Этот пример показывает, как использовать обобщенную обратную кинематику для планирования траектории пространства соединений для роботизированного манипулятора. Он объединяет несколько ограничений, чтобы создать траекторию, которая направляет захват к чашке, опирающейся на таблицу. Эти ограничения гарантируют, что захват приближается к стакану по прямой линии и что захват остается на безопасном расстоянии от таблицы, не требуя, чтобы положения захвата определялись заранее.
Настройте модель робота
Этот пример использует модель KUKA LBR iiwa, робота с 7 степенями свободы. importrobot
генерирует rigidBodyTree
модель из описания, хранящегося в файле Unified Robot Description Format (URDF).
lbr = importrobot('iiwa14.urdf'); % 14 kg payload version lbr.DataFormat = 'row'; gripper = 'iiwa_link_ee_kuka';
Задайте размерности для чашки.
cupHeight = 0.2; cupRadius = 0.05; cupPosition = [-0.5, 0.5, cupHeight/2];
Добавьте фиксированное тело к модели робота, представляющей центр чашки.
body = rigidBody('cupFrame');
setFixedTransform(body.Joint, trvec2tform(cupPosition))
addBody(lbr, body, lbr.BaseName);
Определите задачу планирования
Цель этого примера состоит в том, чтобы сгенерировать последовательность строений робота, которая удовлетворяет следующим критериям:
Начните в домашнем строении
Никаких резких изменений в строении робота
Держите захват на высоте не менее 5 см над «таблицей» (z = 0)
Захват должен быть выровнен с чашкой по мере ее приближения
Конец захватом 5 см от центра чашки
Этот пример использует объекты ограничений, чтобы сгенерировать строения робота, которые удовлетворяют этим критериям. Сгенерированная траектория состоит из пяти конфигурационных точек пути. Первая путевая точка, q0
, устанавливается как домашнее строение. Предварительно выделите остальную часть строений в qWaypoints
использование repmat
.
numWaypoints = 5; q0 = homeConfiguration(lbr); qWaypoints = repmat(q0, numWaypoints, 1);
Создайте generalizedInverseKinematics
решатель, который принимает следующие входы ограничений:
Декартовы границы - ограничивает высоту захвата
Цель положения - определяет положение чашки относительно захвата.
Ограничение прицеливания - выравнивает захват с осью чаши
Цель ориентации - поддерживает фиксированную ориентацию для захвата при приближении к чаше
Ограничения положения соединений - ограничивает изменение положения соединений между путевыми точками.
gik = generalizedInverseKinematics('RigidBodyTree', lbr, ... 'ConstraintInputs', {'cartesian','position','aiming','orientation','joint'})
gik = generalizedInverseKinematics with properties: NumConstraints: 5 ConstraintInputs: {1x5 cell} RigidBodyTree: [1x1 rigidBodyTree] SolverAlgorithm: 'BFGSGradientProjection' SolverParameters: [1x1 struct]
Создание объектов ограничений
Создайте объекты ограничения, которые передаются в качестве входов решателю. Этот объект содержит параметры, необходимые для каждого ограничения. Измените эти параметры между вызовами решателя по мере необходимости.
Создайте ограничение Декартовых границ, которое требует, чтобы захват был по крайней мере на 5 см выше таблицы (отрицательное направление z). Все другие значения заданы как inf
или -inf
.
heightAboveTable = constraintCartesianBounds(gripper); heightAboveTable.Bounds = [-inf, inf; ... -inf, inf; ... 0.05, inf]
heightAboveTable = constraintCartesianBounds with properties: EndEffector: 'iiwa_link_ee_kuka' ReferenceBody: '' TargetTransform: [4x4 double] Bounds: [3x2 double] Weights: [1 1 1]
Создайте ограничение на положение стакана относительно захвата с допуском 5 мм.
distanceFromCup = constraintPositionTarget('cupFrame');
distanceFromCup.ReferenceBody = gripper;
distanceFromCup.PositionTolerance = 0.005
distanceFromCup = constraintPositionTarget with properties: EndEffector: 'cupFrame' ReferenceBody: 'iiwa_link_ee_kuka' TargetPosition: [0 0 0] PositionTolerance: 0.0050 Weights: 1
Создайте ограничение прицеливания, которое требует оси Z iiwa_link_ee
система координат должен быть приблизительно вертикальным, путем размещения цели далеко над роботом. The iiwa_link_ee
система координат ориентирована так, что это ограничение выравнивает захват по оси чашки.
alignWithCup = constraintAiming('iiwa_link_ee');
alignWithCup.TargetPoint = [0, 0, 100]
alignWithCup = constraintAiming with properties: EndEffector: 'iiwa_link_ee' ReferenceBody: '' TargetPoint: [0 0 100] AngularTolerance: 0 Weights: 1
Создайте ограничение положения соединений. Установите Bounds
свойство этого ограничения, основанное на предыдущем строении, чтобы ограничить изменение положений соединений.
limitJointChange = constraintJointBounds(lbr)
limitJointChange = constraintJointBounds with properties: Bounds: [7x2 double] Weights: [1 1 1 1 1 1 1]
Создайте ограничение ориентации для захвата с допуском в одну степень. Это ограничение требует, чтобы ориентация захвата совпадала со значением, заданным TargetOrientation
свойство. Используйте это ограничение, чтобы зафиксировать ориентацию захвата во время окончательного подхода к чаше.
fixOrientation = constraintOrientationTarget(gripper); fixOrientation.OrientationTolerance = deg2rad(1)
fixOrientation = constraintOrientationTarget with properties: EndEffector: 'iiwa_link_ee_kuka' ReferenceBody: '' TargetOrientation: [1 0 0 0] OrientationTolerance: 0.0175 Weights: 1
Найдите строение, которая указывает на Кубок
Это строение должна располагать захват на расстоянии от стакана, так что конечный подход может быть выполнен с захватом, правильно совмещенным.
intermediateDistance = 0.3;
Объекты ограничения имеют Weights
свойство, которое определяет, как решатель обрабатывает конфликтующие ограничения. Установка нулевого веса ограничения отключает ограничение. Для этого строения отключите ограничения положения соединений и ограничения ориентации.
limitJointChange.Weights = zeros(size(limitJointChange.Weights)); fixOrientation.Weights = 0;
Установите целевое положение чашки в системе координат захвата. Чашка должна лежать на оси Z захвата на заданном расстоянии.
distanceFromCup.TargetPosition = [0,0,intermediateDistance];
Решите для строения робота, который удовлетворяет вход ограничениям с помощью gik
решатель. Необходимо задать все входные ограничения. Установите это строение как вторую путевую точку.
[qWaypoints(2,:),solutionInfo] = gik(q0, heightAboveTable, ... distanceFromCup, alignWithCup, fixOrientation, ... limitJointChange);
Найдите строения, которые перемещают Gripper в чашку вдоль прямой линии
Повторно включите ограничение положения соединения и ограничение ориентации.
limitJointChange.Weights = ones(size(limitJointChange.Weights)); fixOrientation.Weights = 1;
Отключите ограничение выравнивания по чашке, так как ограничение ориентации делает его избыточным.
alignWithCup.Weights = 0;
Установите ограничение ориентации, чтобы удерживать ориентацию на основе предыдущего строения (qWaypoints(2,:)
). Получите преобразование от захвата к основе модели робота. Преобразуйте однородное преобразование в кватернион.
fixOrientation.TargetOrientation = ...
tform2quat(getTransform(lbr,qWaypoints(2,:),gripper));
Задайте расстояние между чашкой и захватом для каждой путевой точки
finalDistanceFromCup = 0.05; distanceFromCupValues = linspace(intermediateDistance, finalDistanceFromCup, numWaypoints-1);
Задайте максимально допустимое изменение положения соединений между каждой путевой точкой.
maxJointChange = deg2rad(10);
Вызовите решатель для каждой оставшейся путевой точки.
for k = 3:numWaypoints % Update the target position. distanceFromCup.TargetPosition(3) = distanceFromCupValues(k-1); % Restrict the joint positions to lie close to their previous values. limitJointChange.Bounds = [qWaypoints(k-1,:)' - maxJointChange, ... qWaypoints(k-1,:)' + maxJointChange]; % Solve for a configuration and add it to the waypoints array. [qWaypoints(k,:),solutionInfo] = gik(qWaypoints(k-1,:), ... heightAboveTable, ... distanceFromCup, alignWithCup, ... fixOrientation, limitJointChange); end
Визуализация сгенерированной траектории
Интерполируйте между путевыми точками, чтобы сгенерировать плавную траекторию. Использовать pchip
чтобы избежать перерегулирований, которые могут нарушить пределы соединений робота.
framerate = 15; r = rateControl(framerate); tFinal = 10; tWaypoints = [0,linspace(tFinal/2,tFinal,size(qWaypoints,1)-1)]; numFrames = tFinal*framerate; qInterp = pchip(tWaypoints,qWaypoints',linspace(0,tFinal,numFrames))';
Вычислите положение захвата для каждой интерполированного строения.
gripperPosition = zeros(numFrames,3); for k = 1:numFrames gripperPosition(k,:) = tform2trvec(getTransform(lbr,qInterp(k,:), ... gripper)); end
Показать робота в его начальном строении вместе с таблицей и чашкой
figure; show(lbr, qWaypoints(1,:), 'PreservePlot', false); hold on exampleHelperPlotCupAndTable(cupHeight, cupRadius, cupPosition); p = plot3(gripperPosition(1,1), gripperPosition(1,2), gripperPosition(1,3));
Анимируйте манипулятор и постройте график положения захвата.
hold on for k = 1:size(qInterp,1) show(lbr, qInterp(k,:), 'PreservePlot', false); p.XData(k) = gripperPosition(k,1); p.YData(k) = gripperPosition(k,2); p.ZData(k) = gripperPosition(k,3); waitfor(r); end hold off
Если необходимо сохранить сгенерированные строения в MAT-файле для дальнейшего использования, выполните следующее:
>> save('lbr_trajectory.mat', 'tWaypoints', 'qWaypoints');
constraintOrientationTarget
был переименованИзменение поведения в будущем релизе
The constraintOrientationTarget
объект был переименован из robotics.OrientationTarget
. Использование constraintOrientationTarget
для создания всех объектов.
У вас есть измененная версия этого примера. Вы хотите открыть этот пример с вашими правками?
1. Если смысл перевода понятен, то лучше оставьте как есть и не придирайтесь к словам, синонимам и тому подобному. О вкусах не спорим.
2. Не дополняйте перевод комментариями “от себя”. В исправлении не должно появляться дополнительных смыслов и комментариев, отсутствующих в оригинале. Такие правки не получится интегрировать в алгоритме автоматического перевода.
3. Сохраняйте структуру оригинального текста - например, не разбивайте одно предложение на два.
4. Не имеет смысла однотипное исправление перевода какого-то термина во всех предложениях. Исправляйте только в одном месте. Когда Вашу правку одобрят, это исправление будет алгоритмически распространено и на другие части документации.
5. По иным вопросам, например если надо исправить заблокированное для перевода слово, обратитесь к редакторам через форму технической поддержки.