[發明專利]機器人關節層控制方法及系統

有效

• 申請號: 202010101656.8
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111267098B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 劉辛軍;葉彥雷;李鵬;謝福貴;劉魁;呂春哲;郭迎君
• 申請（專利權）人: 清華大學;煙臺清科嘉機器人聯合研究院有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J17/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 王艷斌

1.一種基于ROS2框架和EtherCAT總線的機器人關節層控制方法，其特征在于，所述方法可以實現力控和動力學前饋效果，包括以下步驟：

規劃笛卡爾空間的軌跡；

將所述軌跡進行插值，并通過逆向運動學求解得到多組關節數據，以及通過動力學迭代計算出相應的力矩；

將所述關節數據組通過Action、消息或者服務的形式傳輸到控制器；

基于ROS2架構生成滿足預設條件的關節層的關節命令軌跡；以及

基于EtherCAT總線并根據所述軌跡路徑點和所述關節命令軌跡控制機器人的所述控制器和不同伺服驅動器，以對所述機器人的目標關節進行控制；

其中，所述基于EtherCAT總線并根據所述軌跡路徑點和所述關節命令軌跡控制機器人的控制器和不同伺服驅動器，包括：

訂閱所述控制器發送的控制信號，并根據所述控制信號控制驅動器與控制電機轉動；其中，所述控制信號包括關節位置信號、速度信號、轉矩信號或者電流信號；

通過服務數據對象對轉矩、電流、速度和位置進行限幅；

實時監測所述電機的當前轉動狀態，并根據預設頻率通過joint_states消息發布所述當前轉動狀態。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于ROS2架構生成滿足預設條件的關節層的關節命令軌跡，包括：

通過訂閱、服務器或者Action服務器接收所述關節數據；

根據所述關節數據構建高階多項式軌跡；

修改所述高階多項式軌跡，生成單點或者多點連續軌跡，或者，采用Matlab編寫將所述高階多項式軌跡轉成C代碼，以進行封裝形成模塊節點；

輸出關節規劃位置、速度或力矩信號到基于EtherCAT總線的機器人通訊模塊，以生成控制信號。

3.一種基于ROS2框架和EtherCAT總線的機器人關節層控制系統，其特征在于，所述控制系統可以實現力控和動力學前饋效果，包括：

機器人笛卡爾層軌跡規劃模塊，用于規劃笛卡爾空間的軌跡，并將所述軌跡進行插值，并通過逆向運動學求解得到多組關節數據，以及通過動力學迭代計算出相應的力矩，并將關節數據組通過Action、消息或者服務的形式傳輸到控制器；

基于ROS2的關節層軌跡規劃模塊，用于基于ROS2架構生成滿足預設條件的關節層的關節命令軌跡；以及

基于EtherCAT總線的機器人通訊模塊，用于基于EtherCAT總線并根據所述軌跡路徑點和所述關節命令軌跡控制機器人的所述控制器和不同伺服驅動器，以對所述機器人的目標關節進行控制；

其中，所述基于EtherCAT總線的機器人通訊模塊進一步用于訂閱所述控制器發送的控制信號，并根據所述控制信號控制驅動器與控制電機轉動，通過服務數據對象對轉矩、電流、速度和位置進行限幅，并實時監測所述電機的當前轉動狀態，并根據預設頻率通過joint_states消息發布所述當前轉動狀態；其中，所述控制信號包括關節位置信號、速度信號、轉矩信號或者電流信號。

4.根據權利要求3 所述的系統，其特征在于，所述基于ROS2的關節層軌跡規劃模塊進一步用于通過訂閱、服務器或者Action服務器接收所述關節數據，根據所述關節數據構建高階多項式軌跡；修改所述高階多項式軌跡，生成單點或者多點連續軌跡，或者，采用Matlab編寫將所述高階多項式軌跡轉成C代碼，以進行封裝形成模塊節點；輸出關節規劃位置、速度或力矩信號到基于EtherCAT總線的機器人通訊模塊，以生成控制信號。