六轴机械臂运动控制系统

项目背景

该项目面向六轴机械臂在实际生产任务中的稳定执行需求，重点解决轨迹平滑性、实时性和安全可控性问题。

我的职责

• 设计规划层、控制层、执行层的软件架构
• 使用 C++ 实现逆运动学求解与奇异位姿处理
• 落地速度、加速度约束下的轨迹生成与时间参数化
• 实现示教再现与运行状态监控接口

技术方案

控制架构

• 基于 ROS 划分规划、状态估计、控制器、硬件接口节点
• 定义稳定消息契约，保证指令链路可追踪
• 支持在线调参与关键增益快速回归

运动学与轨迹规划

• 实现正逆运动学闭环验证
• 增加关节限位和可达性校验
• 输出平滑插补轨迹，减少执行抖动

安全机制

• 软件急停路径，异常时立即停止下发
• 指令超时看门狗，防止陈旧指令执行
• 关节软限位与故障状态机切换

难点与优化

难点：奇异区域附近轨迹不稳定

优化措施：

• 在 IK 选择中加入加权代价项
• 增加最近可行解回退机制
• 对高条件数区域进行平滑过渡

难点：低速笛卡尔运动存在细小抖动

优化措施：

• 提高短路径段插补密度
• 在速度生成端增加低通滤波
• 校准控制周期与硬件实际环路频率

项目结果

• 末端重复精度在受限轨迹任务中得到提升
• 多段路径中的顿挫感明显下降
• 支持稳定演示抓取与高精度对位任务

下一步计划

• 增加模型前馈，提高高速段跟踪能力
• 引入在线重规划，适配动态障碍场景
• 扩展诊断面板，增加关节级质量指标