[發明專利]一種機器人運動控制系統

有效

• 申請號: 201510076510.1
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN104699122B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 杜志江;董為;高永卓;蘇衍宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;G05B19/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 楊立超

1.一種機器人運動控制系統，其特征在于，所述系統包括控制終端子系統和服務器端子系統，

控制終端子系統包括人機交互界面和工作線程模塊，

服務器端子系統包括指令解釋器、ROS服務器和PMAC交互模塊，

用戶通過人機交互界面發出操作指令，利用工作線程模塊將所述操作指令轉化為指令解釋器可識別的指令并通過網絡傳遞給指令解釋器，

指令解釋器通過調用MoveIt！數據庫將其接收的指令轉化為關節路徑命令并發布在ROS服務器的節點上，PMAC交互模塊接收ROS服務器傳來的關節路徑命令，通過PMAC通信協議轉化為PMAC可識別的運動控制指令并通過網絡傳遞給PMAC，從而實現對機器人的運動控制；PMAC交互模塊讀取PMAC上的機器人關節狀態信息，并反饋給ROS服務器，并在人機交互界面中顯示。

2.根據權利要求1所述的一種機器人運動控制系統，其特征在于：所述人機交互界面為控制終端子系統和用戶直接交互的界面，用于接收用戶的操作指令并傳遞給工作線程模塊，其內容包括校準、手動操作、示教、再現、程序編輯、機器人狀態顯示、PLC輸入/輸出控制、用戶坐標系建立、文件瀏覽及系統維護功能。

3.根據權利要求1或2所述的一種機器人運動控制系統，其特征在于：定義工作線程模塊的工作方式為有限狀態機，工作線程模塊描述的用戶操作模式狀態如下：

a)待機狀態：在沒有接受任何用戶操作指令時，控制終端子系統為待機狀態，不發布任何指令；

b)手動操作模式：用戶通過交互界面操作進入手動操作模式，并通過三維搖桿向控制終端子系統輸入操作指令，控制終端子系統通過解釋三維搖桿的操作指令向ROS服務器節點發布手動操作運動指令；該模式包含關節坐標系和笛卡爾坐標系；

c)再現模式：控制終端子系統在再現模式下將所存儲的機器人程序按順序逐條發布在ROS服務器節點上，使機器人可以按指令順序自動運行，該模式可實現對程序的一次再現、多次循環再現以及逐條再現；

d)校準模式：在該模式下，機器人各關節零位可被重置，用戶機器人的標定工作；

e)控制指令模式：該模式下控制終端子系統可以向ROS服務器節點發布除運動指令以外的指令：控制指令、PLC操作指令；

f)用戶坐標系發布模式：在該模式下控制終端子系統可以向ROS服務器節點發布用戶自定義的坐標系信息；

g)三維搖桿調試模式：該模式下控制終端子系統可以重置三維搖桿的零位，從而初始化三維搖桿；

所述工作線程模塊作為所述控制終端子系統的后臺模塊，按以下順序循環運行：

1)檢測通信網絡是否聯通；

2)訂閱ROS服務器節點消息，其中包括PMAC交互模塊狀態、機器人關節狀態、機器人坐標系信息、三維搖桿操作信息、薄膜按鍵操作信息；

3)解釋所訂閱的消息，其中PMAC交互模塊狀態被用于判斷機器人運行狀態、機器人關節狀態以角度形式向用戶反饋、機器人坐標系信息以笛卡爾坐標系和歐拉角的形式向用戶反饋、將三維搖桿操作信息解釋為用戶對所操作的三個坐標軸或三個關節的運動速度大小、將薄膜按鍵操作信息解釋為執行相應控制功能；

4)更新機器人信息，包括機器人坐標系信息、機器人關節狀態信息、機器人運行狀態；

5)利用工作線程模塊檢測用戶操作模式狀態，根據相應的用戶操作模式狀態向ROS服務器發布節點消息，所述節點消息是指令解釋器可識別的指令，包括運動指令、控制指令、PLC操作指令；

6)警告：控制終端子系統在該步驟下檢測機器人關節位置信息，并限制機器人工作空間，提醒用戶在手動模式下不可操作機器人超出機器人工作空間。

4.根據權利要求3所述的一種機器人運動控制系統，其特征在于：

所述PMAC交互模塊是一種有限狀機，包括初始化狀態、運動狀態和停止狀態；

1)當所述PMAC交互模塊運行在初始化狀態時，將進入循環，不斷更新機器人狀態，不會有任何操作，一旦接收到進入運動狀態的指令時，PMAC交互模塊會清除緩存、電機使能，并使PMAC進入P-T模式，然后進入運動狀態；

2)當所述PMAC交互模塊進入運動狀態時，如果沒有檢測到停止指令，將進入循環，會接收由指令解釋器計算出的關節路徑命令，并通過插補運算計算出PMAC運動軌跡，發送給PMAC，如果收到停止指令，則PMAC交互模塊會進入停止指令；

3)當PMAC交互模塊進入停止狀態，等待3秒后重新進入初始化狀態。