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# Soft Arm Sim - ROS 2 柔性机械臂仿真平台
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这是一个基于 ROS 2 (Humble) 开发的柔性机械臂(Soft Manipulator)仿真程序。
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项目实现了基于常曲率(PCC)假设的运动学模型,包含可视化仿真、运动控制接口,并预留了深度学习与硬件控制的扩展接口。
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这是一个基于 ROS 2 (Humble) 开发的柔性机械臂(Soft Manipulator)仿真系统。
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项目实现了基于 **常曲率(PCC)** 假设的运动学模型,并解决了软体机器人在 Rviz 中常见的 **视觉同步延迟问题**,实现了高帧率、无滞后的动态仿真。
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## 🤖 机器人参数
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- **结构**:3 段 PCC (Piecewise Constant Curvature) 串联
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- **每段配置**:
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- 长度:240mm (3 disks × 80mm间隔)
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- 磁盘直径:80mm
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- 绳索孔距:33mm
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- **自由度**:配置空间 (Configuration Space) 控制,每段由 `theta` (弯曲角) 和 `phi` (偏转角) 定义。
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## 🤖 项目概况
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- **机器人构型**:3 段 PCC 串联结构。
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- **物理参数**:总长 720mm (3段 x 240mm),每段包含 3 个圆盘(Disk),直径 80mm。
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- **核心特性**:
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- **解耦架构**:数学模型 (Model)、可视化 (Base)、控制 (Control) 完全分离。
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- **零延迟可视化**:采用 `MarkerArray` 技术同时渲染骨架与圆盘,彻底消除 TF 插值导致的时序不同步。
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- **扩展性**:预留了深度学习(RL)与硬件电机控制接口。
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## 📂 文件结构说明
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## 📂 文件结构
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```text
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src/soft_arm_sim/
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├── soft_arm_sim/ # Python 核心源码
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│ ├── base/ # ROS 2 仿真节点 (TF发布, Marker绘制)
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│ ├── control/ # 控制算法 (测试控制器, PID, 甚至 RL)
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│ ├── model/ # 纯数学模型 (PCC运动学, 无ROS依赖)
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│ └── deeplearning/ # 强化学习环境 (Gym)
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├── launch/ # 启动脚本
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├── urdf/ # 机器人视觉模型描述 (Xacro)
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└── resource/ # ROS 资源文件
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src/
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├── soft_arm_sim/
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│ ├── config/ # [预留] 存放 .yaml 配置文件 (如机械臂尺寸参数)
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│ ├── launch/
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│ │ └── simulate.launch.py # [启动] 一键启动脚本,同时加载 Rviz、仿真节点和状态发布器
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│ ├── resource/ # ROS 资源索引文件
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│ ├── urdf/
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│ │ └── soft_arm.urdf.xacro # [模型] 机器人的物理描述文件 (主要用于定义 base_link 关系)
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│ ├── soft_arm_sim/ # === Python 核心源码包 ===
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│ │ ├── __init__.py
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│ │ ├── base/ # [可视化层]
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│ │ │ ├── __init__.py
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│ │ │ └── simulation_node.py # [核心节点] 负责:
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│ │ │ # 1. 调用 Model 计算运动学
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│ │ │ # 2. 发布 TF (用于后台坐标系维护)
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│ │ │ # 3. 发布 MarkerArray (用于 Rviz 零延迟显示 Disk 和 轴线)
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│ │ ├── control/ # [控制层]
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│ │ │ ├── __init__.py
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│ │ │ └── test_controller.py # [示例] 发送正弦波信号,测试机械臂蠕动效果
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│ │ ├── deeplearning/ # [学习层] 预留给 Gym 环境或强化学习训练脚本
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│ │ ├── model/ # [数学层]
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│ │ │ ├── __init__.py
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│ │ │ └── pcc_kinematics.py # [算法] 纯数学 PCC 正运动学解算,生成 Disk 变换矩阵和贝塞尔曲线点
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│ ├── package.xml # ROS 包依赖描述
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│ ├── setup.cfg # Python 脚本安装路径配置 (解决 libexec 报错)
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│ └── setup.py # Python 包构建配置
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└── startbash # [工具] 自定义启动脚本 (如果包含相关指令)
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