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AR机型专栏

AR臂的使用​

前提说明​

  • AR机型主要包括两款，十字腕和SR类型的，分左右臂（L:左臂，R:右臂），一般客户会选择侧装的方式

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  • 版本说明

基于3.0的版本

控制版本：3.0.1.6.ARxxxx SDK版本：v0.5.1.ar_x

基于3.2的版本

控制版本：v3.2.1.C224.2026xxxx SDK版本：v0.7.1.ar_x

  • 安装方式

    左右臂一般会选择侧装的安装方式（基座左臂和世界坐标不重合），注意：左右臂的侧装参数不一样，如下是左臂：

    image-20251231161659508

Demo使用​

目前客户大部分使用AR机型都是遥操作，灵巧手，夹东西的业务场景，客户对机器人实时控制的场景要求比较高，一般会基于笛卡尔位置和关节控制，规划轨迹特别重要，因此，在轨迹规划过程中需重点考虑运动平滑性与实时性，建议采用样条插值或梯形速度曲线进行路径优化。同时，结合AR机型的逆解求解特性，确保每一步目标点位于工作空间内，避免奇异位形。对于遥操作延迟问题，设置丢包网络阈值。对于机械臂响应慢的情况设置timeout的方式

实时模式-笛卡尔位置控制​

以 v0.7.1.ar版本为例

// 第一个参数是机器人的IP，第二个参数是上位机的IP
rokae::ArRobot robot("192.168.2.160", "192.168.2.190");

回调接口实时更新笛卡尔位置，客户可以从外部传入，注意回调接口不要有任何的阻塞任务、耗时任务，比如socket通信，打印日志，写文件，只是单一的赋值、简要的计算即可，保证1ms可以执行完的任务

std::function<CartesianPosition(void)> callback =[&,rtCon]()->CartesianPosition{
    time+=0.001;       
    output.pos = init_position;
    output.pos[7] += delta_z;
    std::array<double, 6> xyzabc;       
    print（std::cout,"位置：",xyzabc）
        if(time > 0.01){
            std：：cout<<"运动结束："<<deltaz<<std：：endl;
            output.setFinished();
            stopManually.store（false）;//loop为非阻塞，和主线程同步停止状态
            return output;
        } 
}
代码流程​
  • 构造类
rokae::ArRobot
  • 设置参数，自动模式，实时模式，上电
robot.setOperateMode(rokae::OperateMode::automatic,ec);
robot.setMotionControlMode(MotionControlMode::RtCommand, ec);
robot.setPowerState(true, ec);
  • 如果用户末端安装了工具工件，也需要要设置工具工件坐标

具体参照接口

//设置手持工具坐标系，Rv旋转90
Toolsettoolset1:
toolset1.end.rpvl1l= MPt.2:
robot.setToolset(toolset1.ec)
  • 移动到拖动姿态（客户可能不需要），AR的拖动姿态关节角需要修改
std::array<double,7> q_drag_xm7p = {0,M_PI/6,0,M_PI/3,0,0,0};
rtCon->MoveJ(0.5, robot.jointPos(ec), q_drag_xm7p);
  • 如果客户使用过程中丢包比较多，需要设置网络阈值，一般建议20-30
robot.setRtNetworkTolerance(50, ec);
  • 回调实现：保证回调里面实现的内容的单一性，不要加延迟任务，阻塞任务，耗时任务，否则影响控制器的调度，使机械臂调度慢，出现异响，运动延迟等不可预见的错误。

给的笛卡尔点是4*4的矩阵，是基于基坐标系的，如需转换请参照utility.h文件提供的接口实现

std::function<CartesianPosition(void)> callback = [&, rtCon]()->CartesianPosition{
    time += 0.001;
    constexpr double kRadius = 0.1;
    double angle = M_PI / 4 * (1 - std::cos(M_PI / 2 * time));
    double delta_z = kRadius * (std::cos(angle) - 1);
    CartesianPosition output{};
    output.pos = init_position;
    output.pos[7] += delta_z; 
    if(time > 0.01){
        std::cout << "运动结束:"<<delta_z <<std::endl;
        output.setFinished();
        stopManually.store(false); // loop为非阻塞，和主线程同步停止状态
    }
    return output;
};
  • 启动实时模式
rtCon->setControlLoop(callback, 0, true);
//开始运动前先设置为笛卡尔空间位置控制
rtCon->startMove(RtControllerMode::cartesianPosition);
rtCon->startLoop(true);

实时模式-关节控制​

参照demo：joint_position_control.cpp

  • 前5个点参照上述的前五点
  • 回调函数，赋值的是关节角，以弧度为单位，上位机坐规划的时候大部分是规划世界坐标系的笛卡尔点，所以使用utility.h定位的转换接口坐转换
std::function<JointPosition()> callback = [&, rtCon]() {
    time += 0.001;
    double     delta_angle = M_PI / 20.0 * (1 - std::cos(M_PI / 2.5 * time));
    JointPosition cmd     = {{jntPos[0] + delta_angle, jntPos[1] + delta_angle, jntPos[2] - delta_angle,
                              jntPos[3] + delta_angle, jntPos[4] - delta_angle, jntPos[5] + delta_angle,
                              jntPos[6] - delta_angle}};
    if (time > 60)
    {
        cmd.setFinished(); // 60秒后结束
    }
    return cmd;
};
  • 启动实时模式：关节控制
// 设置回调函数
rtCon->setControlLoop(callback);
// 更新起始角度为当前角度
jntPos = robot.jointPos(ec);
// 开始轴空间位置控制
rtCon->startMove(RtControllerMode::jointPosition);
// 阻塞loop，开始运动
rtCon->startLoop(true);

正逆解​

流程和代码说明，步骤和代码说明，为了防止奇异点算不出正逆解，验证的过程首先要在HMI示教点位，在HMI上通过MOVL或者movj能正常到达，sdk接口调用的时候就没问题

连接机器人​
ArEobot robot("192.168.2.160", "192.168.2.110"); // 使用xMateErProRobot以匹配7轴
设置自动模式并上电​
robot.setOperateMode(OperateMode::automatic, ec);
if (ec) {
    cout << "设置自动模式失败: " << ec.message() << endl;
    return -1;
}
robot.setPowerState(true, ec);
if (ec) {
    cout << "上电失败: " << ec.message() << endl;
    return -1;
}
设置工具工件坐标​

如有必要，需要设置工具工件坐标

Toolset toolset1;
toolset1 = robot.toolset(ec);
print(std::cout, "从控制器读取的工具工件坐标系:", toolset1);
获取关节角​

用于做正解计算

// 获取当前机器人关节角度
auto  current_joints = robot.jointPos(ec);
if (ec) {
    cout << "获取关节角度失败: " << ec.message() << endl;
    return -1;
}
获取末端姿态​

用于计算逆解，特别注意截图的参数，一般的情况下法兰是会安装工具的，如果没有安装的话这个值就是法兰的位姿

// 获取控制器报告的当前末端位姿
auto current_cartesian_from_robot = robot.cartPosture(CoordinateType::endInRef, ec);
if (ec) {
    cout << "获取末端位姿失败: " << ec.message() << endl;
    return -1;
}
设置不要轴配置参数计算逆解​

这个值默认是不需要设置的，默认是关闭，有些客户直接使用SDK 的接口，没有通过HMI操作，所以最好设置

//设置不要轴配置参数计算逆解
robot.setDefaultConfOpt(false, ec);
计算正解​

使用的值是步骤3里面获取的关节角

auto fk_cartesian = robot.model().calcFk(current_joints, toolset1, ec);
if (ec) {
    cout << "正解算失败: " << ec.message() << endl;
}

查看打印的数据是否正确，并与HMI上的界面的数据做比较，如果一致，就是正确的

计算逆解​

使用的是步骤5获取到的数据，如果计算失败可以采用正解的计算出来的位姿传入做计算

auto ik_joints_m1 = robot.model().calcIk(endPos, toolset1, ec);

2.3.2.4 基于模型库的正逆解​

采用此方式，可以使逆解提速，满足实时控制计算需求。

  • 初始化关节角​
std::array<double, 7> zeros = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0},
//初始化关节角
jointPos_in = Utils::degToRad(array<double,7>({5, 46, -10, 91, 1, -105, 11})),
jointVel_in = {0.3, 0.2, 0.5, 0.4, 0.1, 0.1, 0.1},
jointAcc_in = {1.3, 3.1, 4.1, 1.5, 1.6, 4.1, 8.1},
jointInit = Utils::degToRad(array<double,7>({6, 45, -9, 92, 0, -103, 10})),
array1 {}, array2 {}, array3 {}, array4 {};
计算正解​
/**
* @brief 获取笛卡尔空间位置
* @param[in] jntPos 需要计算笛卡尔位姿的关节角度
* @param[in] nr 指定坐标系, 缺省值为flange
* @return 向量化4x4位姿矩阵，行优先.
*/
std::array<double, 16> getCartPose(const std::array<double, DoF> &jntPos, SegmentFrame nr = SegmentFrame::flange);
auto pos = model.getCartPose(jointPos_in);
  • 计算逆解
double psi = Utils::degToRad(-7.177);
double psi2 = Utils::degToRad(0);
array<int, 8> confData = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,0};
gettimeofday(&start, NULL);
auto ret = model.getJointPos(pos, psi, jointInit, array1);

臂角遍历计算逆解 [已废弃]​

在 v3.2.1 的AR版本上，已经废弃臂角的概念。三轴角度代替原来的臂角，更加直观。

下面是旧版本对于逆解臂角的说明

逆解接口中搜索臂角精度的设置，取值大于0即可

通用​

请见 2.3.2.4 章节demo的实现

/**
  * @brief 根据位姿计算逆解。并自动遍历臂角，搜索范围-PI-PI
  * @param[in] posture 机器人末端位姿，相对于外部参考坐标系。参考的坐标系是通过setToolset()设置的
  * @param[in] elb_accuracy 臂角精度 大于0即可，值越小，搜索精度越高，计算时间越长，建议值大于10，
  * @param[out] ec 错误码
  * @return 轴角度, 单位:弧度
  */
std::array<double, DoF> calcIk_SearchElbow(CartesianPosition posture, double elb_accuracy, error_code &ec) noexcept;

/**
  * @brief 根据位姿计算给定工具工件坐标系下逆解。并自动遍历臂角，搜索范围-180-180°
  * @param[in] posture 机器人末端位姿，相对于外部参考坐标系
  * @param[in] tool_set 工具工件坐标系
  * @param[in] elb_accuracy 臂角精度 大于0即可，值越小，搜索精度越高，计算时间越长
  * @param[out] ec 错误码
  * @return 轴角度, 单位:弧度
  */
std::array<double, DoF> calcIk_SearchElbow(CartesianPosition posture,const Toolset &tool_set, double elb_accuracy, error_code& ec) noexcept;
  • 模型库逆解

增加了臂角的遍历，满足逆解提速的要求

/**
 * @brief 目标比较从[-PI,PI]之间进行遍历，得到其中最近的逆解
 * @param[in] cartPos 法兰笛卡尔空间位姿
 * @param[in] psi_accuracy 臂角求解精度，单位度(例如1、10、20)，值越小，精度越高，求解时间越长
 * @param[in] elbow 臂角 接口扩展使用，暂时无用
 * @param[in] jntInit 初始关节角度
 * @param[out] jntPos 关节空间位置
 * @return 计算逆解结果 -
 *   1) -1, -2, -3: 无解，原因是cartPos超出机器人工作空间或无解
 *   2) -4, -5: jntPos与jntInit相差较大，一般认为jntInit代表机器人当前位置，jntPos与jntInit之差可以等效为电机转速。
 *  若超过机器人轴额定转速，则返回-4或-5;
 *   3) -6, -7: jntPos超过软限位;
 *   4) -8: 机器人奇异；
  */
int getJointPosSearchPsi(const std::array<double, 16> &cartPos, const double& psi_accuracy, double elbow, const std::array<double, DoF> &q_init, std::array<double, DoF> &q);

实时模式下AR臂常见问题​

左右臂运动不一致，一个快一个慢​

如果是同版本，同配置的情况下，两个臂运动不一致，查看HMI上如下开关是否开启

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求正逆解失败​

  • 在HMI上确认如下参数是否关闭

    image-20251231113611672

  • 调用接口关闭conf

设置不要轴配置参数计算逆解

robot.setDefaultConfOpt(false, ec);
最后于 更新