17、机器人技术：从移动操作到2D足球模拟的创新探索

机器人技术：从移动操作到2D足球模拟的创新探索

1. 移动操作机器人LEOBOT

1.1 机器人操作系统

LEOBOT 是不同硬件和软件组件的组合，为实现各系统的互连，一个通用接口至关重要。机器人操作系统（ROS）版本 noetic 被用于建立各个计算单元上不同程序实例之间的通信。选择该系统是因其标准化程度高、拥有庞大活跃的社区、丰富的外部库和软件栈，以及广泛的硬件支持。另外，使用 ROS 工具 rviz 来展示算法结果和传感器数据，利用 CoppeliaSim 模拟移动平台的运动，以评估路径规划功能。

1.2 手臂运动规划

为实现便捷的手臂运动规划，选用了 MoveIt 框架。该框架高度集成于 ROS 生态系统，直接支持 Franka Emika Panda 机械臂，并提供 C++ 和 Python 接口。它能执行复杂运动、避免自我碰撞或与预设障碍物碰撞。此外，还可将手臂深度相机生成的点云输入到碰撞地图，增强系统在未知或变化环境中的鲁棒性。MoveIt 主要用于执行预规划的运动，实时支持有限，但在 RoboCup@Work 中的大多数操作任务无需复杂的执行反馈，预规划运动已足够。MoveIt 中标准的逆运动学求解器是 Orcos 运动学和动力学库（KDL），它采用伪逆雅可比方法，但在处理有关节限制的机器人手臂时效果不佳。TRAC 逆运动学求解器结合了 KDL 的方法，增加了关节限制检测，并采用顺序二次规划（SQP）非线性优化方法。同时运行这两种方法，取第一个收敛的解，可在相近的运行时间内获得更好的求解率。在抓取操作时，为增加灵活性和鲁棒性，在 MoveIt 之上构建了自定义抓取函数，基本运动仍由 MoveIt 执行，但能根据不同场景在抓取运动的多个步