[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

本發明公開了一種基于ROS2框架和EtherCAT總線的機器人關節層控制方法及系統，其中，方法包括以下步驟：生成滿足預設條件的三維空間中的軌跡路徑點；基于ROS2架構生成滿足預設條件的關節層的關節命令軌跡；基于EtherCAT總線并根據軌跡路徑點和關節命令軌跡控制機器人的控制器和不同伺服驅動器，以對機器人的目標關節進行控制。該方法可以快速實現機器人底層關節的穩定、實時、高效和平滑控制，為機器人的快速開發提供可靠的技術方法和支持，簡單易實現。

技術領域

本發明涉及機器人技術領域，特別涉及一種基于ROS2框架和EtherCAT總線的機器人關節層控制方法及系統。

背景技術

相關技術，基于ROS1架構的方案，利用Moveit！插件模塊進行笛卡爾層的軌跡規劃，生成一系列的關節點，然后將關節點發送到關節軌跡控制器(關節軌跡控制器模塊可以存在于控制器，也可以存在于驅動器)，輸出位置、速度、力矩到驅動器控制電機的轉動。存在最主要的問題是無法解決實時輸出軌跡規劃命令的問題。

相關技術存在如下缺陷：

(1)基于ROS1的方案無法保證實時性

如Moveit！插件生成一系列的關節角或編寫逆向運動學生成關節角后，進行關節的軌跡規劃，再利用ros_controller進行三次或者五次插值或編寫關節層軌跡規劃算法，插值輸出時，因為系統無法保證傳輸數據的實時性，使得規劃的軌跡命令不平滑，從而導致伺服電機運行不平順。

(2)控制器和伺服驅動器的快速配置

傳統控制器和伺服驅動器相互連接采用RS485、RS232、Can總線和模擬量等方式。EtherCAT總線相對其他的方式，關節配置更加的高效，連接更加的靈活和傳輸速率更快，而相關技術中沒有將EtherCAT總線和ROS2結合的方案。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種基于ROS2框架和EtherCAT總線的機器人關節層控制方法，該方法可以快速實現機器人底層關節的穩定、實時、高效和平滑控制，為機器人的快速開發提供可靠的技術方法和支持，簡單易實現。

本發明的另一個目的在于提出一種基于ROS2框架和EtherCAT總線的機器人關節層控制系統。

為達到上述目的，本發明一方面實施例提出了一種基于ROS2框架和EtherCAT總線的機器人關節層控制方法，包括以下步驟：生成滿足預設條件的三維空間中的軌跡路徑點；基于ROS2架構生成滿足預設條件的關節層的關節命令軌跡；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，以對所述機器人的目標關節進行控制。

本發明實施例的基于ROS2框架和EtherCAT總線的機器人關節層控制方法，基于ROS2架構和EtherCAT總線的位置/速度/力矩控制方式，從而可以快速實現機器人底層關節的穩定、實時、高效和平滑控制，為機器人的快速開發提供可靠的技術方法和支持，簡單易實現。

另外，根據本發明上述實施例的基于ROS2框架和EtherCAT總線的機器人關節層控制方法還可以具有以下附加的技術特征：

進一步地，在本發明的一個實施例中，所述生成滿足預設條件的三維空間中的軌跡路徑點，包括：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所述控制器。