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机械臂抓取与Nav2协同

📚 共计 30 章节

机械臂与移动机器人协同的应用场景、课程目标与学习路径、ROS2与Nav2生态概览。

ROS2基础回顾

节点、话题、服务、动作的通信机制，以及Launch文件与参数服务器。

MoveIt2框架入门

MoveIt2架构、运动规划组、规划场景与碰撞检测。

运动规划碰撞

机械臂URDF建模

从零构建一个6轴机械臂的URDF模型，包含关节、连杆与传动。

机械臂运动学基础

正运动学与逆运动学概念，使用MoveIt2的IK求解器。

机械臂抓取规划

抓取姿态计算、抓取点选取与抓取可行性分析。

Nav2框架入门

Nav2架构、生命周期节点、行为树与规划器。

移动机器人URDF建模

构建差速轮式移动机器人模型，包含激光雷达与IMU。

差速激光雷达

使用Cartographer或SLAM Toolbox构建环境地图。

Nav2全局路径规划

A*与Dijkstra算法原理，配置全局规划器。

Nav2局部路径规划

DWA与TEB算法原理，配置局部规划器。

Nav2恢复行为

旋转、后退与清除代价地图的恢复策略。

恢复代价地图

多机器人系统通信

机械臂与移动机器人之间的ROS2桥接与数据同步。

坐标系变换（TF）

机械臂基座、末端执行器与移动机器人基座的TF树设计。

协同任务定义

定义“移动-抓取-放置”的完整任务流程与状态机。

任务状态机

行为树（BT）入门

使用BehaviorTree.CPP构建协同任务的行为树。

协同状态机设计

基于SMACH或YASMIN设计机械臂与Nav2的协同状态机。

视觉感知集成

使用ArUco码或AprilTag进行目标定位与机械臂手眼标定。

ArUco手眼标定

点云处理与抓取

使用PCL进行点云分割，提取抓取目标的三维位置。

机械臂抓取执行

MoveIt2的抓取动作服务器调用与抓取姿态调整。

动作服务器抓取

Nav2导航执行

发送导航目标点，监控导航状态与重规划。

导航重规划

协同调度器开发

编写一个中央调度节点，协调机械臂与移动机器人的动作。

调度中央节点

仿真环境搭建

使用Gazebo或Ignition构建包含机械臂与移动机器人的仿真场景。

硬件接口与驱动

机械臂与移动机器人的硬件驱动配置（如ROS2_Control）。

驱动ROS2_Control

协同任务调试

日志分析、可视化工具（Rviz2）与性能调优。

安全机制设计

碰撞检测、急停逻辑与异常处理。

实战项目一

移动机器人导航到目标点，机械臂抓取固定物体。

实战固定抓取

实战项目二

移动机器人导航到随机点，机械臂抓取动态目标。

实战动态抓取

实战项目三

多目标点导航与连续抓取放置任务。

实战连续任务

课程总结与进阶

常见问题汇总、性能优化建议与未来发展方向（如多机协同、云端调度）。