ROS2 机器人码垛
概述
本项目是使用 ROS2 软件包控制上海捷勃特协作机器人执行码垛任务的示例，集成了视觉处理、码垛算法和机械臂控制功能，支持物理机器人和虚拟仿真环境运行。目标读者需具备一定的 ROS2 和机器人编程基础。
环境依赖
- 操作系统：Ubuntu 22.04
- 核心框架：ROS2 Humble
- 机器人驱动：
- 上海捷勃特机器人 ROS-driver 软件包（版本号 >=v0.0.1）
- Python SDK (版本>= v1.6.3.2)
- 视觉系统：
- AgileGaze（上海捷勃特自研视觉软件）或兼容的模拟节点
- 机器人要求：
- 上海捷勃特协作机器人（物理机或虚拟仿真）
- 软件：Copper ≥ v7.6.0.1
虚拟环境说明：支持在仿真环境中运行测试，可向上海捷勃特公司申请虚拟控制器使用许可。
系统节点架构
节点拓扑图
图例说明：
节点类型（绿色矩形）：
robot_Stacking：主控制节点（协调整个系统）gbt_agilegaze：视觉识别节点（处理图像数据）stacking_visualizer：可视化节点（显示中间结果）service_server：服务接口（提供控制指令接口）robot_bridge：通信桥接（硬件接口层）RViz：ROS 可视化工具（3D 显示）
非节点类型：
- 🔶 实体 Entity（橙色）：
Robot Controller：机器人控制器（物理设备）
- 🔷 服务 Service（蓝色）：
GetAgileGaze：视觉识别服务PalletVisualizer：可视化服务send_script：脚本发送服务
- 🔶 实体 Entity（橙色）：
核心模块功能
| 模块名称 | 功能描述 |
|---|---|
| gbt_agilegaze | 对接 AgileGaze 视觉系统，提供目标物体的中心坐标 (x,y) 和偏转角 (c) |
| robot_stacking | 码垛主控制器，协调视觉、算法和执行流程 |
| stacking_visualizer | 实时可视化抓取点和放置点 |
| service_server | ROS-driver 服务网关，转发控制指令 |
| robot_bridge | 同步机器人状态到 RViz 可视化界面 |
| Robot Controller | 机器人控制器 |
工作流程
以下是根据节点拓扑图着色规则修正的工作流程图，严格匹配拓扑图的颜色定义：
图例对照表
| 元素类型 | 颜色 / 标记 | 示例 |
|---|---|---|
| ROS 节点 | 💚 绿色背景 | robot_Stacking, gbt_agilegaze |
| 物理实体 | 🧡 橙色背景 | Robot Controller |
| 服务调用 | 🔷 蓝色菱形标记 | GetAgileGaze.srv() |
| 外部接口 | 💜 紫色背景 | Operator |
| 数据反馈 | 无标记实线 | xycList, 执行结果 |
流程说明
该系统的工作流程可分为以下 6 个核心步骤：
启动触发
操作员发送启动指令给主控节点（robot_Stacking），携带码垛参数请求。视觉识别
主控节点调用 AgileGaze 视觉系统，通过GetAgileGaze.srv()服务获取目标物体的坐标 (x,y) 和偏转角 (c) 数据列表。路径规划
主控节点基于视觉数据自主计算抓取点 (pickPoints) 和放置点 (placePoints) 的运动轨迹。可视化更新
通过PalletVisualizer.srv()服务向可视化模块同步实时抓放点位信息，RViz 界面渲染机器人状态。机器人执行
主控节点经send_script.srv()服务下发控制指令，机器人控制器执行抓取 / 码垛动作并反馈执行状态。状态同步
机器人实时状态通过 robot_bridge 组件同步至 RViz，最终向操作员返回码垛任务结果及性能指标。
配置文件说明
| 配置文件 | 路径 | 主要配置内容 |
|---|---|---|
| 机器人配置 | ../gbt_driver/config/robot_config.yaml | 机器人 IP 地址等连接参数 |
| 码垛参数 | config/stacking_params.yaml | 码垛算法参数、抓取 / 放置工作面参数、初始关节配置 |
| 可视化参数 | config/pallet_viz_params.yaml | 码垛可视化显示参数 |
请根据实际应用场景修改相应配置文件，详细参数说明见文件内注释。
系统接口说明
包含视觉系统（AgileGaze）和可视化系统（stacking_visualizer）的接口服务。
视觉接口服务
- 服务类型：
gbt_stacking_interface/srv/GetAgileGaze - 服务描述：获取视觉系统检测到的目标物体中心坐标 (x,y) 和偏转角 (c)
# 请求
---
# 响应
gbt_stacking_interface/AgileGaze AgileGazeAgileGaze 接口详见：gbt_stacking_interface/AgileGaze.msg
RVIZ 码垛可视化服务
- 服务类型：
gbt_stacking_interface/msg/PalletVisualizer - 服务描述：更新码垛可视化点坐标
# 请求
geometry_msgs/Point[] grasp_points # 抓取点坐标
geometry_msgs/Point[] place_points # 放置点坐标
# 响应
bool success # 执行状态
string message # 状态信息快速开始指南 (模拟运行)
模拟运行是指使用一个模拟的 AgileGaze 节点模拟视觉系统，不涉及视觉系统的搭建。
准备工作
- 安装 ROS2 Humble 和项目依赖
- 下载并安装上海捷勃特机器人 ROS-driver 软件包，请参考安装指南
- 配置
robot_config.yaml中的机器人 IP，配置文件位置：gbt_driver/config/robot_config.yaml - 在 Agilelink 中配置夹持器或者吸盘的 IO 映射（默认使用 DO, 端口为 1）
- 伺服控制器上电
启动命令
# 构建项目
colcon build
source install/setup.bash
# 启动系统（虚拟模式示例）
ros2 launch gbt_stacking gbt_stacking.launch.py \
fake:=True \
robot_type:=<机器人型号>
# terminal 2 (manul trigger)
source install/setup.bash
ros2 service call /gbt_stacking/external_trigger gbt_stacking_interface/srv/ExternalStackingTrigger "{trigger: True}"参数说明
| 参数 | 可选值 | 说明 |
|---|---|---|
fake | True/False | 启用虚拟模式 (默认 true) |
robot_type | C5A/C7A/C12A/C16A | 机器人型号 |
视觉系统集成指南
使用 AgileGaze
- 相机标定：
- 使用 AgileGaze 标定板计算像素坐标系到 UF 坐标系的转换
- 工作面标定：
- 在基坐标系中测量抓取工作面原点、X/Y 轴方向点
- 更新
stacking_params.yaml中的uf_grasp_points
- 放置区标定：
- 在基坐标系中测量放置工作面原点、X/Y 轴方向点
- 更新
stacking_params.yaml中的uf_place_points
- 初始位姿设置：
- 配置安全初始关节角度
init_joints
- 配置安全初始关节角度
自定义视觉方案
- 实现兼容接口：python
# 自定义视觉节点模板 import rclpy from gbt_stacking_interface.srv import GetAgileGaze class CustomVisionNode(Node): def __init__(self): super().__init__('custom_vision') self.srv = self.create_service( GetAgileGaze, '/gbt_vision/service/AgileGaze', self.vision_callback) def vision_callback(self, request, response): # 实现自定义视觉处理逻辑 response.agile_gaze = ... return response - 确保服务接口匹配：
- 服务名称：
/gbt_vision/service/AgileGaze - 服务类型：
gbt_stacking_interface/srv/GetAgileGaze
- 服务名称：
注意事项
- 安全操作：
- 首次运行请在虚拟模式下测试
- 真实环境操作前确认急停开关可用
- 确认周围无障碍物，避免碰撞
- 配置验证：
- 启动前检查所有 yaml 配置文件