[发明专利]基于ROS系统的类人机器人关节多级控制装置及方法

说明书

本发明提供的基于ROS系统的类人机器人关节多级控制装置，主控芯片接收从工控机端发出的控制指令，工控机搭载ROS，直流电机驱动器接收主控芯片发出的信号并转化成电机驱动信号，控制直流电机转动，配合角度传感器，完成直流电机控制关节角度控制任务；关节电机接口驱动舵机电机完成关节任务；角度传感器接口采集电机当前角度作为控制反馈量控制直流电机的角度，工控机与主控芯片通信连接；集成电路板用于连接主控芯片及各个接口；人机交互上位机平板用作跟用户进行交互。还提供了控制方法。本发明把一个类人机器人的所有关节接入到同一个控制器中，可以在ROS下接收其他的功能节点发出的控制指令后迅速控制对应的机器人关节做出关节动作。

技术领域

本发明属于类人机器人技术领域，具体涉及基于ROS系统的类人机器人关节多级控制装置及方法。

背景技术

在机器人领域中,类人机器人是当前比较火热的研究方向。类人机器人的一个明显特征是具有大量的可活动关节，这些可活动关节是类人机器人能够模仿人类运动的关键。正因为类人机器人具有大量的可活动关节，想要灵活控制这些运动关节是一件困难的事情。

中国专利申请“一种基于ROS话题通信的机器人无线控制系统及方法(CN111185905A)”提供了机器人无线控制系统，通过WIFI与ROS上位机客户端进行通信，ROS上位机客户端可以控制机器人关节转动的角度、速度，进而控制整体的运动。但仍存在以下问题：(1)该系统没有多级，只是用到arduino和树莓派两级，而没有平板的交互；(2)该系统只能接入舵机一种电机，适用性差；(3)该系统采用wifi连接树莓派和电机驱动下位机来进行通信，存在通信不稳定的问题。

发明内容

本发明的目的是针对具有多自由度的类人机器人关节控制的问题，提供了一种基于ROS系统的类人机器人关节多级控制装置，该装置能够把一个类人机器人系统中所有的关节都接入到同一个控制器中，同时把该控制器接入ROS框架。集成好的控制系统能够更方便接入类人机器人的功能系统中，可以在ROS系统框架下接收其他的功能节点发出的控制指令后迅速控制对应的机器人关节做出关节动作。

为了实现以上目的，本发明提出了基于ROS系统的类人机器人关节多级控制装置，包括工控机、主控芯片、直流电机驱动器、关节电机接口、角度传感器接口、集成电路板和人机交互上位机，

工控机用于搭载ROS系统，并且运行编写在ROS系统中的功能节点，各个功能节点发出不同的关节控制信号，并可将控制信号发送至工控机；

主控芯片和工控机通信连接，主控芯片用于接收从工控机端发出的控制信号，并用于发送驱动信号给直流电机驱动器以驱动直流电机或直接发送驱动信号至舵机电机；

直流电机驱动器与主控芯片连接，用于接收主控芯片发出的电机正反转信号和调速信号，并且转化成电机驱动信号以控制直流电机转动，配合与主控芯片连接的角度传感器，完成直流电机控制关节角度控制任务；

关节电机接口与主控芯片、舵机电机均连接，提供PWM信号及电源，驱动舵机完成关节任务；

角度传感器接口与直流电机编码器连接，采集直流电机当前角度作为控制反馈量控制直流电机的角度；

集成电路板用于连接主控芯片及各个接口；

人机交互上位机用于与用户进行交互，与工控机连接。

本发明的进一步优选方案中，所述工控机为搭载Ubuntu系统的工业控制电脑。

本发明的进一步优选方案中，所述直流电机驱动器为L298N电机驱动芯片模块。

本发明的进一步优选方案中，所述关节电机接口采用多路3针接插端子，用于和舵机连接，3针分别对应舵机的电源正极端、电源负极端以及PWM信号端。