[發明專利]一種基于ROS的主從異構遙操作控制系統

有效

• 申請號: 201810068103.X
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108214445B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 王偉東;杜志江;高永卓;李耿磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J3/00
• 分類號: B25J3/00;B25J9/16
• 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

一種基于ROS的主從異構遙操作控制系統，屬于機器人主從遙操作技術領域。本發明解決主從異構控制中主從空間不一致的映射問題，并將ROS引入到控制系統中，為控制系統提供豐富的機器人工具包和便捷的通信系統。主端操作手通過主端控制器與示教盒串行通信，從端控制器通過網線與示教盒連接建立局域網，實現從端控制器和示教盒的數據交互，多個從端模塊通過從端控制器實現運動控制；每個從端模塊包括PMAC運動控制器、電機驅動器和從端機械臂；PMAC運動控制器與從端控制器通過網線連接，PMAC運動控制器通過電機驅動器驅動從端機械臂。本發明實現主端操作手控制從端機械臂進行精細化操作。還可仿真模擬主端操作手對從端機械臂的控制。

技術領域

本發明涉及一種基于ROS的主從異構遙操作控制系統，屬于機器人主從遙操作技術領域。

技術背景

隨著國家深海、深空戰略的進一步實施，中國人正一步步向著人類自身不可抵達的空間邁進，人們也迫切需要機器人代替人類到達這些危險的環境，從事一些需要人類完成的事情。在此背景下，遙操作機器人、空間遙操作機械臂等成為研究的熱點。遙操作技術是一種主從機械控制技術，人類通過控制主手的運動來達到控制從手的目的。

目前應用比較廣泛，技術比較成熟的遙操作主從控制方法有兩種，一種是通過旋轉控制面板上的旋鈕控制對應機械臂關節的控制方法，另一種是主端和從端結構相同的主從同構型遙操作機器人系統控制方法。這兩種控制方法都屬于關節空間控制方法，雖然技術實現簡單，但前者用戶的沉浸式體驗較差，后者限制了從手設備類型的選擇。主從異構的控制方法，同一種主手可以控制多種類型的從手設備，大大擴展了主從設備的可選范圍，擴大了遙操作機器人的應用范圍。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于ROS的主從異構遙操作控制系統，解決主從異構控制中主從空間不一致的映射問題，并將ROS引入到控制系統中，為控制系統提供豐富的機器人工具包和便捷的通信系統。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案為：

一種基于ROS的主從異構遙操作控制系統，所述系統包括主端操作手、主端控制器、示教盒、從端控制器和多個從端模塊，主端操作手通過主端控制器與示教盒串行通信，從端控制器通過網線與示教盒連接建立局域網，實現從端控制器和示教盒的數據交互，多個從端模塊通過從端控制器實現運動控制；每個從端模塊包括PMAC運動控制器、電機驅動器和從端機械臂；PMAC運動控制器與從端控制器通過網線連接，PMAC運動控制器通過電機驅動器驅動從端機械臂；

主端操作手用于實現空間六自由度運動，在關節處對應裝有用于測量關節角度值的編碼器；

主端控制器用于采集主端操作手的各個關節角度信息，通過運動學正解獲得主端操作手末端相對于主端操作手的固定基座的位姿⁰T_m；

⁰T_m＝⁰A₁·¹A₂…ⁱA_i+1…^m-1A_m (1)

式中：ⁱA_i+1為主端操作手上第i個關節的前后相鄰桿件的位姿關系，m為主端操作手的關節總數；

主端控制器通過ESP32開發板中有三個通用異步收發傳輸(UART)控制器，利用串口將主端操作手的關節角度、末端位姿信息傳輸到所述示教盒；

示教盒用于按照預設的通信協議對主端控制器傳來的數據(關節角度、末端位姿信息)進行解析，示教盒將解析到的主端操作手末端位姿關系按下面的格式再次打包成從端控制器能夠識別的命令；利用ROS將所述的命令以消息的形式發送到從端控制器供其處理；