本發(fā)明涉及機器人控制技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種基于ros和orocos的機器人控制方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù):
robotoperatingsystem(ros)是開源的機器人操作系統(tǒng),可以為機器人開發(fā)者提供一個標(biāo)準(zhǔn)化的、開源的編程框架。但是ros目前不支持實時線程操作。openrobotcontrolsoftware(orocos)也是一種開源的機器人控制軟件編程框架,它的特點是支持實時的線程操作,但是它的開放性,通用性沒有ros好。
因此,目前在一些應(yīng)用方案中,在ros上采用orocos,但現(xiàn)有技術(shù)方案在搭建的架構(gòu)上,不能構(gòu)成一個完整的機器人控制器軟件,無法充分利用ros和orocos的特性,系統(tǒng)開發(fā)成本高,控制效果差。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
基于此,有必要針對上述技術(shù)問題,提供一種基于ros和orocos的機器人控制方法和系統(tǒng),降低系統(tǒng)開發(fā)成本,提高控制效果。
一種基于ros和orocos的機器人控制方法,包括:
根據(jù)預(yù)先配置的通信協(xié)議接口接收控制端輸入的控制指令;
根據(jù)所述控制指令選擇調(diào)用機器人運動規(guī)劃的控制指令觸發(fā)函數(shù);
通過所述控制指令觸發(fā)函數(shù)通過第一接口調(diào)用所述算法處理程序中相應(yīng)的機器人運動規(guī)劃的響應(yīng)函數(shù)計算控制指令數(shù)據(jù)并發(fā)送至機器人;
其中,每個控制指令觸發(fā)函數(shù)對應(yīng)算法處理程序中的一種機器人運動規(guī)劃的響應(yīng)函數(shù)對應(yīng);所述第一接口是基于ros上創(chuàng)建orocos的實時輸入/輸出接口,用于與算法處理程序進(jìn)行通信連接。
一種基于ros和orocos的機器人控制系統(tǒng),包括:
接收單元,用于根據(jù)預(yù)先配置的通信協(xié)議接口接收控制端輸入的控制指令;
選擇單元,用于根據(jù)所述控制指令選擇調(diào)用機器人運動規(guī)劃的控制指令觸發(fā)函數(shù);
發(fā)送單元,用于通過所述控制指令觸發(fā)函數(shù)通過第一接口調(diào)用所述算法處理程序中相應(yīng)的機器人運動規(guī)劃的響應(yīng)函數(shù)計算控制指令數(shù)據(jù)并發(fā)送至機器人;
其中,每個控制指令觸發(fā)函數(shù)對應(yīng)算法處理程序中的一種機器人運動規(guī)劃的響應(yīng)函數(shù)對應(yīng);所述第一接口是基于ros上創(chuàng)建orocos的實時輸入/輸出接口,用于與算法處理程序進(jìn)行通信連接。
上述基于ros和orocos的機器人控制方法和系統(tǒng),利用orocos的實時輸入/輸出接口與算法處理程序進(jìn)行通信,通過預(yù)先配置的通信協(xié)議接口接收控制指令,通過控制指令觸發(fā)函數(shù),調(diào)用算法處理程序的機器人運動規(guī)劃的響應(yīng)函數(shù),計算控制指令數(shù)據(jù)并發(fā)送至機器人,實現(xiàn)控制指令的接收分發(fā)、解析和傳輸,可以構(gòu)成一個完整的機器人控制器軟件,降低機器人控制系統(tǒng)開發(fā)成本,提高控制效果。
附圖說明
圖1是本發(fā)明實施例的基于ros和orocos的機器人控制方法流程圖;
圖2是一種機器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模型;
圖3是基于ros和orocos的機器人控制方法搭建的軟件架構(gòu)圖;
圖4是控制器狀態(tài)機的狀態(tài)變化示意圖;
圖5是設(shè)備狀態(tài)機的狀態(tài)變化示意圖;
圖6是本發(fā)明實施例的基于ros和orocos的機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖闡述本發(fā)明的基于ros和orocos的機器人控制方法和系統(tǒng)的實施例。
參考圖1所示,圖1是本發(fā)明實施例的基于ros和orocos的機器人控制方法流程圖;主要包括如下步驟:
s101,根據(jù)預(yù)先配置的通信協(xié)議接口接收控制端輸入的控制指令;可以通過ice開發(fā)的通信協(xié)議建立與控制端的通信連接,通過調(diào)用所述通信協(xié)議的動態(tài)異步遠(yuǎn)程過程調(diào)用方法輸入的控制指令。
s102,根據(jù)所述控制指令選擇調(diào)用機器人運動規(guī)劃的控制指令觸發(fā)函數(shù);其中,每個控制指令觸發(fā)函數(shù)對應(yīng)算法處理程序中的一種機器人運動規(guī)劃的響應(yīng)函數(shù)對應(yīng)。
s103,通過所述控制指令觸發(fā)函數(shù)通過第一接口調(diào)用所述算法處理程序中相應(yīng)的機器人運動規(guī)劃的響應(yīng)函數(shù)計算控制指令數(shù)據(jù)并發(fā)送至機器人;所述第一接口是基于ros上創(chuàng)建orocos的實時輸入/輸出接口,用于與算法處理程序進(jìn)行通信連接。
上述實施例的技術(shù)方案,利用orocos的實時輸入/輸出接口與算法處理程序進(jìn)行通信,通過預(yù)先配置的通信協(xié)議接口接收控制指令,通過控制指令觸發(fā)函數(shù),調(diào)用算法處理程序的機器人運動規(guī)劃的響應(yīng)函數(shù),計算控制指令數(shù)據(jù)并發(fā)送至機器人,實現(xiàn)控制指令的接收分發(fā)、解析和傳輸,可以構(gòu)成一個完整的機器人控制器軟件,降低機器人控制系統(tǒng)開發(fā)成本,提高控制效果。
在一個實施例中,對于步驟s101中的通信協(xié)議接口,可以采用ice(theinternetcommunicationsengine,互聯(lián)網(wǎng)通信引擎)通信協(xié)議,接收控制端輸入的控制指令時,可以通過ice開發(fā)的通信協(xié)議建立與控制端的通信連接,通過調(diào)用所述通信協(xié)議的動態(tài)異步遠(yuǎn)程過程調(diào)用方法輸入的控制指令。
在一個實施例中,所述算法處理程序根據(jù)所述響應(yīng)函數(shù)計算得到控制指令數(shù)據(jù),并通過第二接口發(fā)送至通信管理程序,所述通信管理程序?qū)⒖刂浦噶顢?shù)據(jù)發(fā)送至機器人;所述第二接口是基于ros上創(chuàng)建orocos的實時輸入/輸出接口,用于算法處理程序與通信管理程序進(jìn)行通信連接。
在一個實施例中,在接收控制端輸入的控制指令前,將控制端發(fā)起的控制指令與所述算法處理程序中相應(yīng)的機器人運動規(guī)劃的響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行綁定;在接收控制端輸入的控制指令后,獲取所述控制指令的第一個參數(shù),根據(jù)所述參數(shù)判斷當(dāng)前調(diào)用的運動規(guī)劃類型,根據(jù)所述運動規(guī)劃類型選擇調(diào)用相應(yīng)的運動規(guī)劃的控制指令觸發(fā)函數(shù),調(diào)用算法處理程序中相應(yīng)的響應(yīng)函數(shù)計算控制指令參數(shù)。
在一個實施例中,所述運動規(guī)劃包括:點到點運動,直線運動,圓弧運動,手動示教,回到原點、暫停、恢復(fù)或急停。
在一個實施例中,還可以獲取算法處理程序和通信管理程序的相關(guān)信息并進(jìn)行處理。
(1)可以通過回調(diào)函數(shù)方式從所述第一接口接收算法處理程序傳入的反饋信息;其中,所述反饋信息包括事件報告信息、機器人電機運行的診斷數(shù)據(jù);包括生成錯誤的時間戳,事件級別等信息,并將事件信息,這些信息可以發(fā)送給控制端的人機交互界面顯示;
(2)可以通過所述第三接口接收通信管理程序傳入的反饋信息;其中,所述第三接口是基于ros上創(chuàng)建orocos的實時輸入/輸出接口,用于與通信管理程序進(jìn)行通信連接;
所述反饋信息包括事件報告信息、機器人電機運行的診斷數(shù)據(jù);比如,位置,速度,加速度是否超限等等。
在一個實施例中,在步驟s102的選擇調(diào)用機器人運動規(guī)劃的控制指令觸發(fā)函數(shù)前,還可以進(jìn)行先進(jìn)行初始化處理:檢測歷史運行所記錄的日志報告,若日志報告正常,通過事件報告接口接收相關(guān)信息并進(jìn)行處理;若日志報告異常,則退出。
在一個實施例中,還可以通過控制器狀態(tài)機來對算法處理程序和通信管理程序的運行狀態(tài)進(jìn)行控制,具體如下:
根據(jù)接收到的控制指令的類型,向控制器狀態(tài)機寫入狀態(tài)事件;根據(jù)所述狀態(tài)事件控制所述算法處理程序和通信管理程序的運行狀態(tài);其中,控制器狀態(tài)機設(shè)有初始化、指令等待、指令執(zhí)行、中斷和使能對應(yīng)的狀態(tài),所述使能狀態(tài)為分別與每種運動規(guī)劃對應(yīng)的子狀態(tài)的合集。
對于第一接口、第二接口和第三接口,是指分別用于與算法處理程序進(jìn)行通信連接的接口,用于算法處理程序和通信管理程序進(jìn)行通信連接的接口,以及用于與通信管理程序進(jìn)行通信的接口;按照輸入/輸出接口方式劃分,第一接口包括向算法處理程序的輸入/輸出接口,第二接口包括向通信管理程序的輸入/輸出接口。
可以使用ros的orocreate-catkin-pkg方法創(chuàng)建為ros的package,并在package中繼承orocos的rtt::taskcontext類,利用orocos的rtt::input與rtt::output方法定義實時輸入/輸出接口。
為了更加清晰本發(fā)明的實施例的技術(shù)方案,下面闡述采用本發(fā)明的方法實現(xiàn)的實例。
本實例中,硬件和軟件環(huán)境可以如下:
參考圖2所示,圖2是一種機器人控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)模型,在機器人控制器的搭建軟件架構(gòu),運行于linux操作系統(tǒng),該linux主機可以是x86架構(gòu)的pc機,或者arm芯片嵌入式架構(gòu)的開發(fā)板,控制器管理程序接入控制端的人機交互界面的控制指令。
linux主機可以安裝如下軟件:可以安裝xenomai或者rtai的實時內(nèi)核補??;可以安裝ros,orocos,rfsm等軟件。
參考圖3所示,圖3是基于ros和orocos的機器人控制方法搭建的軟件架構(gòu)圖;在控制過程中,操作系統(tǒng)上運行控制器管理程序、算法處理程序和通信管理程序;控制器管理程序?qū)?yīng)運行本發(fā)明的基于ros和orocos的機器人控制方法。
1、對于控制器管理程序:
(1)控制器管理程序使用ros的orocreate-catkin-pkg方法創(chuàng)建ros的package,記為ec_control_system,然后在package中,通過繼承orocos的rtt::taskcontext類,記為ec_control_system_component。
在ec_control_system_component類的構(gòu)造函數(shù)中,設(shè)置為執(zhí)行如下操作:
a)利用orocos的rtt::input與rtt::output方法,對模塊的輸入,輸出接口進(jìn)行定義。
其中輸入的接口包括:
①通信管理程序傳入的診斷數(shù)據(jù);
②通信管理程序傳入的狀態(tài)反饋信息:包括電機運行狀態(tài)等等;
③控制器狀態(tài)機的狀態(tài);
輸出的接口包括:
①控制器狀態(tài)機事件觸發(fā),輸出給控制器狀態(tài)機。
b)利用orocos的operationalcaller方法設(shè)置函數(shù)調(diào)用接口。
第一,設(shè)置事件報告的回調(diào)函數(shù):對事件報告處理請求進(jìn)行響應(yīng),包括生成錯誤的時間戳,事件級別等信息,并將事件信息,發(fā)送給人機交互界面顯示。
第二,設(shè)置警報設(shè)置的回調(diào)函數(shù):依據(jù)診斷信息,判斷是否生成警報。比如,位置,速度,加速度是否超限等等。
第三,設(shè)置各種運動規(guī)劃的控制指令觸發(fā)函數(shù),這些函數(shù)將對算法處理程序的相應(yīng)響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行調(diào)用,包括:
①點到點運動;
②回到原點;
③直線運動;
④圓弧運動;
⑤暫停;
⑥恢復(fù);
⑦急停;
⑧手動示教。
c)調(diào)用orocos的properties方法定義控制器管理程序的屬性,將控制器管理程序定義一個機械臂關(guān)節(jié)個數(shù)的屬性。
(2)在ec_control_system_component的starthook()成員函數(shù)中,設(shè)置執(zhí)行如下操作:
a)檢查日志報告是否正常,若異常直接退出,并將相關(guān)信息通過事件報告接口傳遞給控制器管理程序處理;
b)通過ice開發(fā)的通信協(xié)議建立與人機交互界面的通信連接,并調(diào)用通信協(xié)議提供的動態(tài)異步遠(yuǎn)程過程調(diào)用(rpc)方法,對人機交互界面發(fā)起的控制指令進(jìn)行響應(yīng)的回調(diào)函數(shù)進(jìn)行綁定。該回調(diào)函數(shù),首先根據(jù)ice(theinternetcommunicationsengine,互聯(lián)網(wǎng)通信引擎)提供的遠(yuǎn)程過程異步調(diào)用方法傳入的第一個參數(shù),判斷調(diào)用類型,然后依據(jù)此類型選擇調(diào)用相應(yīng)運動規(guī)劃的控制指令觸發(fā)函數(shù),包括:恢復(fù),暫停,手動示教,回到原點,點到點運動,直線運動,圓弧運動,急停。
(3)對于ec_control_system_component的cleanuphook()成員函數(shù),為了使得該函數(shù)在控制器管理程序結(jié)束運行時,實現(xiàn)自動調(diào)用,還可以設(shè)置為執(zhí)行如下操作:
a)調(diào)用ice開發(fā)的通信協(xié)議接口,關(guān)閉與人機交互界面的通信連接。
(4)對于控制器狀態(tài)機,參考圖4所示,圖4是控制器狀態(tài)機的狀態(tài)變化示意圖;可以設(shè)置init、ready、fault、active.recovery、active.halt、active.hands、active.tozero、active.ptp、active.line、active.circle、active.stop共十一個狀態(tài),分別代表初始化、等待指令輸入、恢復(fù)、暫停、手動示教、回到原點、點到點運動、直線運動、圓弧運動、急停狀態(tài)。其中,active.recovery、active.halt、active.hands、active.tozero、active.ptp、active.line、active.circle、active.stop這八個狀態(tài)組成一個active狀態(tài)的集合,active的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則,對八個子狀態(tài)均有效。例如,給八個狀態(tài)中的任一個,寫入“e_ready”事件,將控制器狀態(tài)機的狀態(tài)從當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到ready狀態(tài)(即等待指令輸入狀態(tài))。
另外,還可以使用lua語言,編寫控制器管理程序的啟動文件,該啟動文件設(shè)置為執(zhí)行如下動作:
a)通過orocos的import方法,加載模塊進(jìn)行運行;
b)定義模塊的刷新頻率,線程的優(yōu)先級別;
c)對模塊的屬性進(jìn)行賦值;
d)通過orocos的connect方法,將控制器管理程序的輸入、輸出接口和算法處理程序和通信管理程序的接口建立連接。
e)通過orocos的start方法,運行控制器管理程序,控制器管理程序?qū)⑾日{(diào)用starthook()函數(shù),然后按預(yù)設(shè)刷新頻率,實時地周期性調(diào)用updatehook()函數(shù)。
2、對于算法處理程序:
算法處理程序使用ros的orocreate-catkin-pkg方法創(chuàng)建ros的package,記為ec_control_loop,然后在package中,通過繼承orocos的rtt::taskcontext類,記為ec_control_loop_component。
(1)在ec_control_loop_component類的構(gòu)造函數(shù)中,設(shè)置為執(zhí)行如下操作:
a)算法處理程序利用orocos的rtt::input與rtt::output方法,對輸入,輸出接口進(jìn)行定義。
其中輸入的接口包括:
①通信管理程序傳入的電機運行數(shù)據(jù);
②通信管理程序傳入的診斷數(shù)據(jù);
③設(shè)備狀態(tài)機的狀態(tài);
④控制器狀態(tài)機的狀態(tài);
輸出的接口包括:
①電機控制指令數(shù)據(jù),輸出給設(shè)備通信模塊;
②電機運行數(shù)據(jù),輸出給控制算法處理程序;
③設(shè)備狀態(tài)機事件觸發(fā),輸出給設(shè)備狀態(tài)機;
④控制器狀態(tài)機事件觸發(fā),輸出給控制器狀態(tài)機。
b)利用orocos的operationalcaller方法設(shè)置函數(shù)調(diào)用接口,設(shè)置事件報告的接口:該接口將觸發(fā)控制器管理程序的事件報告處理函數(shù)設(shè)置各種運動規(guī)劃的控制指令響應(yīng)函數(shù),包括:
①點到點運動;
②回到原點;
③直線運動;
④圓弧運動;
⑤暫停;
⑥恢復(fù);
⑦急停;
⑧手動示教。
c)調(diào)用orocos的properties方法定義算法處理程序的屬性,算法處理程序定義一個機械臂關(guān)節(jié)個數(shù)的屬性。
(2)在ec_control_loop_component的starthook()成員函數(shù)中,設(shè)置為執(zhí)行如下操作:
a)檢查日志報告是否正常,若異常直接退出,并將相關(guān)信息通過事件報告接口傳遞給控制器管理程序處理;
b)檢查電機運行數(shù)據(jù)通道是否有數(shù)據(jù),若無數(shù)據(jù)直接退出,并將相關(guān)信息通過事件報告接口傳遞給控制器管理程序處理。
(3)對于ec_control_loop_component類的updatehook()成員函數(shù),設(shè)置該函數(shù)在算法處理程序運行時,按照用戶設(shè)定的頻率實時運行(如設(shè)為100hz),可以設(shè)置為執(zhí)行如下操作:
a)讀取控制器狀態(tài)機狀態(tài);
b)根據(jù)控制器狀態(tài)機的不同狀態(tài),執(zhí)行不同操作:
ⅰ、如果是點到點運動,直線運動,圓弧運動,手動示教,急停,回到原點狀態(tài)。此時,執(zhí)行如下操作:
如果指令緩沖區(qū)的控制指令個數(shù)小于20個,則將所有指令一起發(fā)送給通信管理程序,并將控制器狀態(tài)機的狀態(tài)改變?yōu)榈却噶钶斎霠顟B(tài);
如果指令緩沖區(qū)的控制指令個數(shù)大于20個,則取指令隊列末尾的20個,發(fā)送給通信管理程序;
ⅱ、如果是暫停狀態(tài),則什么也不做。
(4)對于ec_control_loop_component類,定義點到點運動,直線運動,圓弧運動,手動示教,急停,回到原點,暫停,恢復(fù)等函數(shù)調(diào)用接口,實現(xiàn)如下:
a)點到點運動,直線運動,圓弧運動,手動示教,回到原點的函數(shù),內(nèi)部實現(xiàn)如下:
檢查控制器狀態(tài)機是否處于等待指令輸入狀態(tài)。如果不是則退出,并將相關(guān)信息通過事件報告接口傳遞給控制器管理程序處理;
讀取電機的當(dāng)前的狀態(tài)信息;
依據(jù)電機的當(dāng)前狀態(tài),分別調(diào)用點到點運動,直線運動,圓弧運動,手動示教,回到原點的運動規(guī)劃,并將生成的電機控制指令保存到指令緩沖區(qū);
將控制器狀態(tài)機設(shè)為相應(yīng)的狀態(tài)。比如點到點運動回調(diào)函數(shù),則將控制器狀態(tài)機設(shè)為點到點運動狀態(tài)。
b)暫停函數(shù),內(nèi)部實現(xiàn)如下:
檢查控制器狀態(tài)機是否是點到點運動,直線運動,圓弧運動,手動示教,回到原點等狀態(tài)。如果不是則退出,并將相關(guān)信息通過事件報告接口傳遞給控制器管理程序進(jìn)行處理;
記錄當(dāng)前控制器狀態(tài)機的當(dāng)前狀態(tài),并將控制器狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闀和顟B(tài)。
c)恢復(fù)函數(shù),內(nèi)部實現(xiàn)如下:
檢查控制器狀態(tài)機是否是暫停狀態(tài)。如果不是則退出,并將相關(guān)信息通過事件報告接口傳遞給控制器管理程序處理;
將控制器狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闀和G暗臓顟B(tài)。
d)急停函數(shù),內(nèi)部實現(xiàn)如下:
ⅰ、檢查控制器狀態(tài)機是否是點到點運動,直線運動,圓弧運動,手動示教,回到原點等狀態(tài)。如果不是則退出,并將相關(guān)信息通過事件報告接口傳遞給控制器管理程序處理;
ⅱ、讀取電機的當(dāng)前的狀態(tài)信息;
ⅲ、將電機控制指令緩沖區(qū)清零;
ⅳ、調(diào)用速度規(guī)劃運動規(guī)劃,讓電機以最短時間,速度降為0,并將生成的電機控制指令保存到指令緩沖區(qū)。
(5)使用lua語言,編寫算法處理程序的啟動文件,設(shè)置為執(zhí)行如下動作:
a)通過orocos的import方法,加載算法處理程序;
d)定義算法處理程序的刷新頻率,線程的優(yōu)先級別;
c)對算法處理程序的屬性進(jìn)行賦值;
d)通過orocos的connect方法,將算法處理程序的輸入,輸出接口和控制器管理程序和通信管理程序的接口建立連接。
e)通過orocos的start方法,運行算法處理程序,算法處理程序先調(diào)用starthook()函數(shù),然后按設(shè)置的刷新頻率,實時地周期性調(diào)用updatehook()函數(shù)。
3、對于通信管理程序:
通信管理程序可以通過linux主機minicom中的ttyacm0與arm開發(fā)板通信,可以在該arm開發(fā)板上運行一個canopen主站協(xié)議,該主站協(xié)議可以設(shè)置一個指令緩存區(qū),最多可以存儲25個指令。
通信管理程序可以利用orocos的rtt::input與rtt::output方法與機器人算法處理程序和控制器管理程序進(jìn)行通信。
利用rfsm軟件建立設(shè)備狀態(tài)機,對通信管理程序的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行控制。
通信管理程序利用orocos的rtt::input與rtt::output方法與設(shè)備狀態(tài)機連接,可改變設(shè)備狀態(tài)機的狀態(tài),并讀取狀態(tài)。
(1)通信模塊使用ros的orocreate-catkin-pkg方法創(chuàng)建為ros的package,然后在package中,通過繼承orocos的rtt::taskcontext類,創(chuàng)建一個orocos的實時模塊,記為ec_component。
在ec_component類的構(gòu)造函數(shù)中,設(shè)置為執(zhí)行如下操作:
a)通信管理程序利用orocos的rtt::input與rtt::output方法,對輸入,輸出接口進(jìn)行定義。
其中輸入的接口包括:
①算法處理程序傳入的控制指令數(shù)據(jù);
②設(shè)備狀態(tài)機的狀態(tài);
輸出的接口包括:
①診斷數(shù)據(jù),輸出至算法處理程序和控制器管理程序;
②電機運行數(shù)據(jù),輸出給算法處理程序;
③狀態(tài)機事件觸發(fā),輸出給設(shè)備狀態(tài)機。
b)利用orocos的operationalcaller方法定義函數(shù)調(diào)用接口,通信管理程序定義事件報告的接口,通過該接口觸發(fā)控制器管理程序的事件報告處理函數(shù)。
c)調(diào)用orocos的properties方法定義通信管理程序的屬性,通信管理程序定義一個機械臂關(guān)節(jié)個數(shù)的屬性。
(2)在ec_component的starthook()成員函數(shù)中,設(shè)置為執(zhí)行如下操作:
a)檢查日志報告是否正常,若異常直接退出,并將相關(guān)信息通過事件報告接口傳遞給控制器管理程序進(jìn)行處理;
b)電機驅(qū)動初始化:
ⅰ、通過ttyacm0與電機驅(qū)動器建立通信;
ⅱ、電機指令緩沖隊列清空;
ⅲ、電機使能,如果使能成功,則進(jìn)行下一步,否則退出;
ⅳ、讀取電機的位置,計算機器人的機械臂當(dāng)前狀態(tài),包括關(guān)節(jié)角度,機械臂末端位姿;
c)機械臂狀態(tài)初始化:
依據(jù)電機位置,判斷機械臂是否需要執(zhí)行回零運動。如果機械臂任一關(guān)節(jié)角度與零度相差大于0.01度,則執(zhí)行回零運動,調(diào)用點到點運動規(guī)劃,對回零運動進(jìn)行規(guī)劃。
d)改變設(shè)備狀態(tài)機的狀態(tài):
如果機器人的機械臂需要執(zhí)行回零運動,則控制設(shè)備狀態(tài)機保持init狀態(tài)不變;否則,向設(shè)備狀態(tài)機發(fā)送“e_nominal”事件,將設(shè)備狀態(tài)機的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為active.nominal。
(3)對于ec_component的updatehook()成員函數(shù),設(shè)置該函數(shù)在通信管理程序運行時,以用戶設(shè)定的頻率實時運行(如設(shè)為1khz),設(shè)置為執(zhí)行如下操作:
a)讀取設(shè)備狀態(tài)機狀態(tài);
b)根據(jù)設(shè)備狀態(tài)機的不同狀態(tài),執(zhí)行不同操作:
ⅰ、如果是init狀態(tài),執(zhí)行機械臂的回零運動。此時,執(zhí)行如下操作:
讀取系統(tǒng)的時鐘,依據(jù)回零運動軌跡規(guī)劃結(jié)果,計算該時刻電機的運動指令,并將該單條運動指令發(fā)送給canopen主站。
如果運動已回零成功,向設(shè)備狀態(tài)機發(fā)送“e_nominal”事件,將設(shè)備狀態(tài)機轉(zhuǎn)換為active.nominal,并將該事件報告給控制器管理程序。
ⅱ、如果是active.nominal狀態(tài)。此時,執(zhí)行如下操作:
從控制指令數(shù)據(jù)的輸入通道中,讀取控制指令,并存儲到電機指令緩沖隊列中。
讀取canopen主站指令緩沖區(qū)的現(xiàn)有指令個數(shù),如果小于10個,則一次性從電機指令緩沖隊列中取出15個運動指令發(fā)送給canopen主站。如果電機指令緩沖隊列的指令個數(shù)小于15個,則一次性全部發(fā)送給canopen主站。
ⅲ、如果是active.recovery狀態(tài)。此時,通信管理程序處于恢復(fù)狀態(tài)。
此時,依據(jù)診斷信息,對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行恢復(fù),若恢復(fù)成功,向設(shè)備狀態(tài)機發(fā)送“e_nominal”事件,將設(shè)備狀態(tài)機轉(zhuǎn)換為active.nominal。并將該事件報告給控制器管理程序。
若恢復(fù)不成功,給狀態(tài)機發(fā)送“e_fault”事件,狀態(tài)機轉(zhuǎn)換為fault狀態(tài),將該事件報告給控制器管理程序,并直接退出updatehook()。
ⅳ、如果是active.halt狀態(tài)。此時,模塊處于暫停狀態(tài),執(zhí)行如下操作:檢查控制指令數(shù)據(jù)的輸入通道中是否有新的指令,若有新指令,則讀取控制指令,并存儲到電機指令緩沖隊列中。
ⅴ、如果是active.hands狀態(tài)。此時,模塊處于手控模式,執(zhí)行如下操作:
讀取系統(tǒng)的時鐘,依據(jù)運動軌跡規(guī)劃結(jié)果,計算該時刻電機的運動指令,并將該單條運動指令發(fā)送給canopen主站。
ⅵ、如果是fault狀態(tài),則直接退出updatehook()。
c)讀取電機狀態(tài),計算機械臂關(guān)節(jié)以及末端運動狀態(tài)信息,并通過輸出數(shù)據(jù)通道,傳遞給算法處理程序與控制器管理程序;
d)檢查控制主站是否有錯誤報告信息,如果有錯誤信息,則將診斷信息傳遞給算法處理程序與控制器管理程序。向設(shè)備狀態(tài)機發(fā)送“e_recovery”事件,將設(shè)備狀態(tài)機轉(zhuǎn)換為active.recovery狀態(tài)、并將該事件報告給控制器管理程序。
(4)對于ec_component的cleanuphook()成員函數(shù),該函數(shù)在模塊結(jié)束運行時,自動調(diào)用,設(shè)置執(zhí)行如下操作:
a)關(guān)閉電機驅(qū)動使能;
b)關(guān)閉電機驅(qū)動連接。
(5)參考圖5所示,圖5是設(shè)備狀態(tài)機的狀態(tài)變化示意圖。共有init(初始化)、fault(中斷),active.recovery(恢復(fù))、active.hands(手動示教)、active.halt(暫停)、active.nominal(運轉(zhuǎn))六個狀態(tài)。active.recovery、active.hands、active.halt、active.nominal四個狀態(tài)組成一個active(使能)的狀態(tài)集合,active的狀態(tài)轉(zhuǎn)移規(guī)則,對四個子狀態(tài)均有效。
(6)使用lua語言,編寫該模塊的啟動文件,該啟動文件設(shè)置執(zhí)行如下動作:
a)通過orocos的import方法,加載通信管理程序;
b)定義通信管理程序的刷新頻率,線程的優(yōu)先級別;
c)對通信管理程序的屬性進(jìn)行賦值;
d)通過orocos的connect方法,將通信管理程序的輸入,輸出接口和控制器管理程序和算法模等的接口建立連接。
e)通過orocos的start方法,運行通信管理程序,通信管理程序先調(diào)用starthook()函數(shù),然后按定義好的刷新頻率,實時地周期性調(diào)用updatehook()函數(shù)。
對于上述控制器管理程序、算法處理程序和通信管理程序,設(shè)置為當(dāng)運行后,如果用戶需要中途停止該模塊,同時按鍵盤的ctrl鍵與d鍵。
綜上實施例,基于ros和orocos,利用orocos的實時性特點,保證軟件程序的實時性能;充分利用ros的開放性,基于ros、orocos開發(fā)的控制器管理程序、算法處理程序和通信管理程序進(jìn)行實時通信,共同構(gòu)成一個完整的機器人控制器軟件;進(jìn)一步建立了控制器狀態(tài)機和設(shè)備狀態(tài)機,從而實現(xiàn)對控制器管理程序、通信管理程序的業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行有效管理。
通過orocos的rtt::input,rtt::output方法建立控制器管理程序、算法處理程序和通信管理程序的數(shù)據(jù)輸入、輸出通道,通過orocos的operationalcaller方法定義函數(shù)調(diào)用接口,通過orocos的properties方法定義控制器管理程序、算法處理程序和通信管理程序的屬性。因此,保證了控制器管理程序、算法處理程序和通信管理程序之間的獨立性與解耦性。
參考圖6,圖6是本發(fā)明實施例的基于ros和orocos的機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖,包括:
接收單元101,用于根據(jù)預(yù)先配置的通信協(xié)議接口接收控制端輸入的控制指令;
選擇單元102,用于根據(jù)所述控制指令選擇調(diào)用機器人運動規(guī)劃的控制指令觸發(fā)函數(shù);
發(fā)送單元103,用于通過所述控制指令觸發(fā)函數(shù)通過第一接口調(diào)用所述算法處理程序中相應(yīng)的機器人運動規(guī)劃的響應(yīng)函數(shù)計算控制指令數(shù)據(jù)并發(fā)送至機器人;
其中,每個控制指令觸發(fā)函數(shù)對應(yīng)算法處理程序中的一種機器人運動規(guī)劃的響應(yīng)函數(shù)對應(yīng);所述第一接口是基于ros上創(chuàng)建orocos的實時輸入/輸出接口,用于與算法處理程序進(jìn)行通信連接。
本發(fā)明的基于ros和orocos的機器人控制系統(tǒng)與本發(fā)明的基于ros和orocos的機器人控制方法一一對應(yīng),在上述基于ros和orocos的機器人控制方法的實施例闡述的技術(shù)特征及其有益效果均適用于基于ros和orocos的機器人控制系統(tǒng)的實施例中,特此聲明。
以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合,為使描述簡潔,未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述,然而,只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾,都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。
以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式,其描述較為具體和詳細(xì),但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干變形和改進(jìn),這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此,本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。