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Unity-MoveIt2 通用机械臂仿真系统

Universal Manipulator Simulation System

版本 / Version: 1.0.0 Unity版本 / Unity Version: 2022.3.57f1c2 LTS

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🎯 项目简介 / Project Overview

这是一个基于Unity和MoveIt2的1-9自由度通用机械臂交互式仿真系统,专为有限空间装配任务可行性分析设计。

核心特性 / Core Features:

• 🔧 通用性: 支持1-9自由度任意机械臂配置
• 🎮 交互性: Unity 6DOF拖拽操作,实时末端控制
• 🧠 智能性: MoveIt2路径规划,碰撞检测与避障
• 📊 可视化: 实时轨迹显示,碰撞热图,状态监控
• 🏭 装配仿真: 有限空间装配可行性分析与环境影响评估

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📁 项目结构 / Project Structure

unity-project/
├── Assets/
│   ├── Scripts/                    # 脚本文件
│   │   ├── Core/                   # ✅ 核心模块(已完成)
│   │   ├── Communication/          # ⏳ 通信层(待实现)
│   │   ├── Managers/               # ⏳ 管理器层(待实现)
│   │   ├── Assembly/               # ⏳ 装配仿真(待实现)
│   │   ├── Tests/                  # ⏳ 测试用例(待扩展)
│   │   └── RosMessages/            # ROS消息类型
│   ├── Scenes/                     # Unity场景
│   ├── Prefabs/                    # 预制件资源
│   ├── Materials/                  # 材质资源
│   ├── Resources/                  # 运行时资源
│   └── StreamingAssets/Config/     # 配置文件
├── Packages/                       # Unity包管理
└── ProjectSettings/                # Unity项目设置

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✅ 已完成功能 / Completed Features

1. UniversalRobotAdapter (核心适配器)

• ✅ 1-9自由度动态适配
• ✅ 自动关节发现和配置
• ✅ 关节位置/速度控制
• ✅ 正运动学(FK)计算
• ✅ 关节限制验证
• ✅ URDF配置导入/导出

2. InteractiveEndEffectorController (交互控制)

• ✅ 6DOF末端执行器拖拽
• ✅ 位置拖拽(左键)
• ✅ 旋转拖拽(右键+Ctrl)
• ✅ 工作空间约束
• ✅ 网格吸附功能
• ✅ 实时视觉反馈
• ✅ 键盘快捷键控制

3. VisualizationEngine (可视化引擎)

• ✅ 轨迹可视化与动画
• ✅ 路径点标记
• ✅ 可配置更新频率
• ✅ LOD优化支持
• ⏳ 碰撞可视化(待实现)
• ⏳ 关节状态显示(待实现)
• ⏳ 工作空间显示(待实现)

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🚀 快速开始 / Quick Start

步骤1: 打开项目

1. 安装 Unity Hub 和 Unity 2022.3 LTS
2. Unity Hub → Add → 选择此 unity-project 目录
3. 等待Unity导入和编译完成

步骤2: 安装ROS包

通过Unity Package Manager安装:

Window → Package Manager → + → Add package from git URL

添加以下包:

• https://github.com/Unity-Technologies/ROS-TCP-Connector.git?path=/com.unity.robotics.ros-tcp-connector
• https://github.com/Unity-Technologies/URDF-Importer.git?path=/com.unity.robotics.urdf-importer

步骤3: 启动ROS2后端

cd ../docker
docker-compose up -d

步骤4: 配置机器人

1. 创建空GameObject,命名为 RobotSystem
2. 添加组件:
   • UniversalRobotAdapter
   • InteractiveEndEffectorController
   • VisualizationEngine
3. 使用URDF Importer导入机器人模型
4. 在Inspector中配置Base Link和End Effector引用

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📖 使用示例 / Usage Examples

示例1: 控制关节

using UnityMoveIt2.Core;

public class ControlExample : MonoBehaviour
{
    public UniversalRobotAdapter robot;

    void Update()
    {
        // 设置关节位置(弧度)
        float[] positions = new float[6] {0, -0.5f, 1.0f, 0, 0.5f, 0};
        robot.SetJointPositions(positions);

        // 获取末端位姿
        Pose ee = robot.GetEndEffectorPose();
        Debug.Log($"末端位置: {ee.position}");
    }
}

示例2: 交互式拖拽

using UnityMoveIt2.Core;

public class InteractionExample : MonoBehaviour
{
    public InteractiveEndEffectorController controller;

    void Start()
    {
        // 订阅目标位姿变更事件
        controller.OnTargetPoseChanged += (pos, rot) => {
            Debug.Log($"新目标: {pos}");
            // 请求IK解算...
        };
    }
}

示例3: 可视化轨迹

using System.Collections.Generic;
using UnityMoveIt2.Core;

public class VisualizationExample : MonoBehaviour
{
    public VisualizationEngine visualizer;

    void Start()
    {
        List<Pose> trajectory = CreateTestTrajectory();
        visualizer.VisualizeTrajectory(trajectory);
    }
}

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🎮 操作说明 / Controls

鼠标操作 / Mouse Controls

• 左键拖拽 - 移动末端执行器位置
• 右键拖拽 - 旋转末端执行器姿态
• Ctrl + 右键拖拽 - Roll轴旋转
• 滚轮 - 缩放视图

键盘快捷键 / Keyboard Shortcuts

• ↑↓←→ - 微调末端位置
• PageUp/PageDown - 垂直微调
• Shift + 方向键 - 高精度微调(0.1x)
• R - 重置到当前位姿

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⏳ 待实现功能 / Pending Features

高优先级 / High Priority

1. Communication Layer - ROS2通信层

   • ROSTCPBridge.cs
   • MessageConverter.cs
   • ServiceManager.cs

2. Manager Layer - 管理器层

   • RobotManager.cs
   • SceneManager.cs
   • UIManager.cs

3. 完整可视化 - Complete Visualization

   • 碰撞检测可视化
   • 关节状态显示
   • 工作空间边界

中等优先级 / Medium Priority

4. Assembly Simulation - 装配仿真模块

   • FeasibilityAnalyzer.cs
   • EnvironmentEditor.cs
   • WorkspaceOptimizer.cs

5. Unity Scenes - Unity场景

   • MainScene.unity
   • TestScene.unity
   • AssemblySimulation.unity

低优先级 / Low Priority

6. 测试用例扩展 - Test Case Expansion
7. 性能优化 - Performance Optimization
8. 文档完善 - Documentation Enhancement

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📊 开发进度 / Development Progress

模块 / Module	完成度 / Progress	状态 / Status
基础架构	████████████ 100%	✅ 完成
Core模块	████████████ 90%	✅ 基本完成
Communication	░░░░░░░░░░░░ 0%	⏳ 待开发
Managers	░░░░░░░░░░░░ 0%	⏳ 待开发
Assembly	░░░░░░░░░░░░ 0%	⏳ 待开发
Tests	░░░░░░░░░░░░ 0%	⏳ 待扩展
整体	███░░░░░░░░░ 30%	进行中

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🐛 常见问题 / Troubleshooting

Q1: Assembly Definition引用错误

A: 打开.asmdef文件,手动添加引用GUID,然后 Assets → Reimport All

Q2: 关节不响应控制命令

A: 检查ArticulationBody的xDrive配置和关节限制设置

Q3: ROS连接失败

A:

1. 检查Docker容器状态: docker-compose ps
2. 验证端口10000是否开放
3. 检查防火墙设置

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📚 相关文档 / Related Documentation

• 完整创建报告 - 详细的项目创建文档
• 系统设计 - 系统架构和设计文档
• 部署指南 - 完整部署步骤
• CLAUDE.md - Claude Code工作规范

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📞 技术支持 / Technical Support

• 问题反馈: [GitHub Issues]
• 项目Wiki: [文档链接]
• ROS2文档: https://docs.ros.org/en/jazzy/
• Unity文档: https://docs.unity3d.com/

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📄 许可证 / License

MIT License

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🎉 欢迎使用Unity-MoveIt2通用机械臂仿真系统！

🎉 Welcome to Unity-MoveIt2 Universal Manipulator Simulation System!

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最后更新 / Last Updated: 2025-01-27