机械臂抓取泥块与SLAM导航仿真系统设计——基于ISIM环境的技术实现与工程验证

机械臂抓取泥块与SLAM导航仿真系统设计——基于ISIM环境的技术实现与工程验证

摘要

本文系统阐述了一套基于NVIDIA Isaac Sim仿真环境（以下简称ISIM）的机械臂抓取与SLAM导航仿真系统的完整设计与实现。该系统面向工业生产场景中的不规则泥块抓取与多灰尘工况下的自主导航两大核心任务，涵盖了仿真环境搭建、URDF模型导入与配置、SLAM算法部署与参数调优、抓取控制算法开发、远程训练环境配置以及PLC协同控制等关键技术环节。系统采用模块化架构设计，基于ROS/ROS2通信框架实现各子系统间的协同工作，并通过Modbus TCP协议完成了与PLC控制器的联调集成。本文提供了完整的代码实现与参数配置方案，旨在为同类工业机器人仿真系统的开发提供可复用的工程参考。

关键词：机械臂抓取；SLAM导航；Isaac Sim仿真；Modbus TCP；PLC联调；ROS

第一章 引言

1.1 项目背景

随着工业4.0和智能制造的深入推进，工业机器人系统正从传统的单一动作执行向多任务协同、智能感知与自主决策方向快速发展。在农业废弃物处理、建筑材料回收等特殊工业场景中，机器人需要面对不规则形状的工作对象以及复杂多变的环境条件，这对系统的仿真验证能力提出了更高要求。

本项目的核心任务场景包括两个层面：一是机械臂需要从不规则堆料中稳定抓取重量约7.5kg的泥块，并将其精准投入打泥机的入料口；二是移动底盘需要在多灰尘、低能见度的工业环境下完成SLAM导航，实现工作区