[发明专利]一种基于ROS的主从异构遥操作控制系统

说明书

一种基于ROS的主从异构遥操作控制系统，属于机器人主从遥操作技术领域。本发明解决主从异构控制中主从空间不一致的映射问题，并将ROS引入到控制系统中，为控制系统提供丰富的机器人工具包和便捷的通信系统。主端操作手通过主端控制器与示教盒串行通信，从端控制器通过网线与示教盒连接建立局域网，实现从端控制器和示教盒的数据交互，多个从端模块通过从端控制器实现运动控制；每个从端模块包括PMAC运动控制器、电机驱动器和从端机械臂；PMAC运动控制器与从端控制器通过网线连接，PMAC运动控制器通过电机驱动器驱动从端机械臂。本发明实现主端操作手控制从端机械臂进行精细化操作。还可仿真模拟主端操作手对从端机械臂的控制。

技术领域

本发明涉及一种基于ROS的主从异构遥操作控制系统，属于机器人主从遥操作技术领域。

技术背景

随着国家深海、深空战略的进一步实施，中国人正一步步向着人类自身不可抵达的空间迈进，人们也迫切需要机器人代替人类到达这些危险的环境，从事一些需要人类完成的事情。在此背景下，遥操作机器人、空间遥操作机械臂等成为研究的热点。遥操作技术是一种主从机械控制技术，人类通过控制主手的运动来达到控制从手的目的。

目前应用比较广泛，技术比较成熟的遥操作主从控制方法有两种，一种是通过旋转控制面板上的旋钮控制对应机械臂关节的控制方法，另一种是主端和从端结构相同的主从同构型遥操作机器人系统控制方法。这两种控制方法都属于关节空间控制方法，虽然技术实现简单，但前者用户的沉浸式体验较差，后者限制了从手设备类型的选择。主从异构的控制方法，同一种主手可以控制多种类型的从手设备，大大扩展了主从设备的可选范围，扩大了遥操作机器人的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ROS的主从异构遥操作控制系统，解决主从异构控制中主从空间不一致的映射问题，并将ROS引入到控制系统中，为控制系统提供丰富的机器人工具包和便捷的通信系统。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种基于ROS的主从异构遥操作控制系统，所述系统包括主端操作手、主端控制器、示教盒、从端控制器和多个从端模块，主端操作手通过主端控制器与示教盒串行通信，从端控制器通过网线与示教盒连接建立局域网，实现从端控制器和示教盒的数据交互，多个从端模块通过从端控制器实现运动控制；每个从端模块包括PMAC运动控制器、电机驱动器和从端机械臂；PMAC运动控制器与从端控制器通过网线连接，PMAC运动控制器通过电机驱动器驱动从端机械臂；

主端操作手用于实现空间六自由度运动，在关节处对应装有用于测量关节角度值的编码器；

主端控制器用于采集主端操作手的各个关节角度信息，通过运动学正解获得主端操作手末端相对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为主端操作手上第i个关节的前后相邻杆件的位姿关系，m为主端操作手的关节总数；

主端控制器通过ESP32开发板中有三个通用异步收发传输(UART)控制器，利用串口将主端操作手的关节角度、末端位姿信息传输到所述示教盒；

示教盒用于按照预设的通信协议对主端控制器传来的数据(关节角度、末端位姿信息)进行解析，示教盒将解析到的主端操作手末端位姿关系按下面的格式再次打包成从端控制器能够识别的命令；利用ROS将所述的命令以消息的形式发送到从端控制器供其处理；