机器人关节层控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制方法及系统，其中，方法包括以下步骤：生成满足预设条件的三维空间中的轨迹路径点；基于ROS2架构生成满足预设条件的关节层的关节命令轨迹；基于EtherCAT总线并根据轨迹路径点和关节命令轨迹控制机器人的控制器和不同伺服驱动器，以对机器人的目标关节进行控制。该方法可以快速实现机器人底层关节的稳定、实时、高效和平滑控制，为机器人的快速开发提供可靠的技术方法和支持，简单易实现。

Control method and system of robot joint layer

【技术实现步骤摘要】
机器人关节层控制方法及系统
本专利技术涉及机器人
，特别涉及一种基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制方法及系统。
技术介绍
相关技术，基于ROS1架构的方案，利用Moveit！插件模块进行笛卡尔层的轨迹规划，生成一系列的关节点，然后将关节点发送到关节轨迹控制器(关节轨迹控制器模块可以存在于控制器，也可以存在于驱动器)，输出位置、速度、力矩到驱动器控制电机的转动。存在最主要的问题是无法解决实时输出轨迹规划命令的问题。相关技术存在如下缺陷：(1)基于ROS1的方案无法保证实时性如Moveit！插件生成一系列的关节角或编写逆向运动学生成关节角后，进行关节的轨迹规划，再利用ros_controller进行三次或者五次插值或编写关节层轨迹规划算法，插值输出时，因为系统无法保证传输数据的实时性，使得规划的轨迹命令不平滑，从而导致伺服电机运行不平顺。(2)控制器和伺服驱动器的快速配置传统控制器和伺服驱动器相互连接采用RS485、RS232、Can总线和模拟量等方式。EtherCAT总线相对其他的方式，关节配置更加的高效，连接更加的灵活和传输速率更快，而相关技术中没有将EtherCAT总线和ROS2结合的方案。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制方法，该方法可以快速实现机器人底层关节的稳定、实时、高效和平滑控制，为机器人的快速开发提供可靠的技术方法和支持，简单易实现。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制系统。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制方法，包括以下步骤：生成满足预设条件的三维空间中的轨迹路径点；基于ROS2架构生成满足预设条件的关节层的关节命令轨迹；基于EtherCAT总线并根据所述轨迹路径点和所述关节命令轨迹控制机器人的控制器和不同伺服驱动器，以对所述机器人的目标关节进行控制。本专利技术实施例的基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制方法，基于ROS2架构和EtherCAT总线的位置/速度/力矩控制方式，从而可以快速实现机器人底层关节的稳定、实时、高效和平滑控制，为机器人的快速开发提供可靠的技术方法和支持，简单易实现。另外，根据本专利技术上述实施例的基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述生成满足预设条件的三维空间中的轨迹路径点，包括：规划笛卡尔空间的轨迹；将所述轨迹进行插值，并通过逆向运动学求解得到多组关节数据，以及通过动力学迭代计算出相应的力矩；将所述关节数据组通过Action、消息或者服务的形式传输到所述控制器。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述基于ROS2架构生成满足预设条件的关节层的关节命令轨迹，包括：通过订阅、服务器或者Action服务器接收所述关节数据；根据所述关节数据构建高阶多项式轨迹；修改所述高阶多项式轨迹，生成单点或者多点连续轨迹，或者，采用Matlab编写将所述高阶多项式轨迹转成C代码，以进行封装形成模块节点；输出关节规划位置、速度或力矩信号到基于EtherCAT总线的机器人通讯模块，以生成控制信号。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述基于EtherCAT总线并根据所述轨迹路径点和所述关节命令轨迹控制机器人的控制器和不同伺服驱动器，包括：接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制驱动器与控制电机转动；通过服务数据对象对转矩、电流、速度和位置进行限幅；监测所述电机的当前转动状态，并根据预设频率发布所述当前转动状态。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制系统，包括：机器人笛卡尔层轨迹规划模块，用于生成满足预设条件的三维空间中的轨迹路径点；基于ROS2的关节层轨迹规划模块，用于基于ROS2架构生成满足预设条件的关节层的关节命令轨迹；基于EtherCAT总线的机器人通讯模块，用于基于EtherCAT总线并根据所述轨迹路径点和所述关节命令轨迹控制机器人的控制器和不同伺服驱动器，以对所述机器人的目标关节进行控制。本专利技术实施例的基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制系统，基于ROS2架构和EtherCAT总线的位置/速度/力矩控制方式，从而可以快速的实现机器人底层关节的稳定、实时、高效和平滑控制，为机器人的快速开发提供可靠的技术方法和支持，简单易实现。另外，根据本专利技术上述实施例的基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制系统还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述机器人笛卡尔层轨迹规划模块进一步用于规划笛卡尔空间的轨迹，并将所述轨迹进行插值，并通过逆向运动学求解得到多组关节数据，以及通过动力学迭代计算出相应的力矩；，将关节数据组通过Action、消息或者服务的形式传输到所述控制器。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述基于ROS2的关节层轨迹规划模块进一步用于通过订阅、服务器或者Action服务器接收所述关节数据，根据所述关节数据构建高阶多项式轨迹；修改所述高阶多项式轨迹，生成单点或者多点连续轨迹，或者，采用Matlab编写将所述高阶多项式轨迹转成C代码，以进行封装形成模块节点；输出关节规划位置、速度或力矩信号到基于EtherCAT总线的机器人通讯模块，以生成控制信号。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述基于EtherCAT总线的机器人通讯模块进一步用于接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制驱动器与控制电机转动，通过服务数据对象对转矩、电流、速度和位置进行限幅，并监测所述电机的当前转动状态，并根据预设频率发布所述当前转动状态。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制方法的流程图；图2为根据本专利技术实施例的基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制系统的结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制系统的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。该专利技术主要解决以下难点：(1)快速构建基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n生成满足预设条件的三维空间中的轨迹路径点；/n基于ROS2架构生成满足预设条件的关节层的关节命令轨迹；以及/n基于EtherCAT总线并根据所述轨迹路径点和所述关节命令轨迹控制机器人的控制器和不同伺服驱动器，以对所述机器人的目标关节进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于ROS2框架和EtherCAT总线的机器人关节层控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
生成满足预设条件的三维空间中的轨迹路径点；
基于ROS2架构生成满足预设条件的关节层的关节命令轨迹；以及
基于EtherCAT总线并根据所述轨迹路径点和所述关节命令轨迹控制机器人的控制器和不同伺服驱动器，以对所述机器人的目标关节进行控制。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成满足预设条件的三维空间中的轨迹路径点，包括：
规划笛卡尔空间的轨迹；
将所述轨迹进行插值，并通过逆向运动学求解得到多组关节数据，以及通过动力学迭代计算出相应的力矩；
将所述关节数据组通过Action、消息或者服务的形式传输到所述控制器。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于ROS2架构生成满足预设条件的关节层的关节命令轨迹，包括：
通过订阅、服务器或者Action服务器接收所述关节数据；
根据所述关节数据构建高阶多项式轨迹；
修改所述高阶多项式轨迹，生成单点或者多点连续轨迹，或者，采用Matlab编写将所述高阶多项式轨迹转成C代码，以进行封装形成模块节点；
输出关节规划位置、速度或力矩信号到基于EtherCAT总线的机器人通讯模块，以生成控制信号。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于EtherCAT总线并根据所述轨迹路径点和所述关节命令轨迹控制机器人的控制器和不同伺服驱动器，包括：
接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制驱动器与控制电机转动；
通过服务数据对象对转矩、电流、速度和位置进行限幅；
监测所述电机的当前转动状态，并根据预设频率发布所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘辛军，叶彦雷，李鹏，谢福贵，刘魁，吕春哲，郭迎君，
申请(专利权)人：清华大学，烟台清科嘉机器人联合研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11