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雙臂人形機器人科研平臺

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更新時間：2024-12-17 15:42:09瀏覽次數(shù)：77次

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武漢艾克特科技有限公司

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產(chǎn)品簡介

人形機器人已經(jīng)成為科技界看好的發(fā)展熱點之一，已有不少科技公司對人形機器人進行了布局，但真正適用于人形機器人控制算法研究并提供多樣友好的開發(fā)環(huán)境的人形機器人平臺并不多。本文介紹一款雙臂人形機器人開源平臺，該平臺更好的輔助科研人員進行雙臂人形機器人方面的算法研究。本平臺使用自主研發(fā)的通用機器人控制器，開發(fā)環(huán)境包括：c/c++ 代碼開發(fā)環(huán)境、MATLAB/Simulink 圖形化開發(fā)環(huán)境及ROS開發(fā)環(huán)境。

詳細介紹

產(chǎn)品簡介

1.以18自由度仿人雙臂機器人為研究對象，多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制算法為核心，結(jié)合外部傳感設備，開展機器人自主規(guī)劃、協(xié)調(diào)控制、柔順控制等算法實驗研究。
2.支持c/c++、matlab/simulink、ros等多種開發(fā)環(huán)境。
3.提供通信接口，無需關心設備通信，專注算法研究。
4.控制器支持自定義修改、所開發(fā)算法運行與控制器內(nèi)，具備1bz及以上通信能力。
5.集成度高，便于與移動機器人集成。

產(chǎn)品特點

1、提供機器人柔順控制算法、機器人自主規(guī)劃算法、多機器人協(xié)調(diào)控制算法
2、提供各層次c/c++、matlab/simulink、ros開發(fā)環(huán)境的二次開發(fā)接口
C/C++代碼開發(fā)環(huán)境：
本控制系統(tǒng)提供了一套用于二次開發(fā)的SDK，主要包括控制系統(tǒng)運行必須的動態(tài)連接庫、接口頭文件。用戶可以利用這套SDK生成在控制器中運行的應用程序。因此提供的動態(tài)鏈接庫必須在控制器中才能正常運行。但可以將其放到裝有ubuntu系統(tǒng)的pc及或虛擬機中開發(fā)。如要運行需要將用戶自己開發(fā)的庫或可執(zhí)行程序放到控制器中。
用戶可以將這套SDK添加到自己的開發(fā)環(huán)境下(c，c++均可)，同時可以結(jié)合其他第三方功能進行二次開發(fā)。用戶可以在ubuntu虛擬機中進行開發(fā)，再將動態(tài)庫及可執(zhí)行文件的部署部署到控制器中（可以利用ssh遠程文件拷貝）。用戶可以直接在控制器中直接進行開發(fā)，但不建議這么做，因為可能會破壞系統(tǒng)實時性。
本系統(tǒng)提供了一套基于vscode的二次開發(fā)工程（c++），但不局限于vscode，可以將SDK中的頭文件及動態(tài)庫添加的自己的開發(fā)工程下。下面以提供vscode二次開發(fā)工程介紹開發(fā)工程的組成部分及用法。

用戶可以在系統(tǒng)初始化后添加自己的代碼入口函數(shù)。在系統(tǒng)啟動后會進入該函數(shù)執(zhí)行用戶代碼。用戶也可以建立自己的動態(tài)鏈接庫，完成功能開發(fā)后需要將生產(chǎn)的動態(tài)庫及可執(zhí)行文件拷貝到控制系統(tǒng)中的相應路徑下(動態(tài)庫拷貝到“動態(tài)庫所在路徑"，可知文件拷貝到“運動控制程序所在路徑")。
如果用戶不添加任何代碼，所具有的功能為本控制系統(tǒng)提供的功能。用戶的二次開發(fā)實際上是在控制系統(tǒng)所提供功能的基礎上增加自定義功能。其中提供了諸多demo程序，供用戶參考使用。
用戶可以利用驅(qū)動類接口實現(xiàn)底層算法的開發(fā)和驗證，也可以利用運動類接口結(jié)合視覺系統(tǒng)實現(xiàn)視覺伺服類應用。
例如io_teach.cpp中使用了驅(qū)動類、運動類、示教類接口，實現(xiàn)了利用兩個數(shù)字io信號對機器人的個軸進行示教移動操作。代碼如下：

#Include
#Include
#Include
#Include
#Include "HYYRobotInterface.h"
using namespace HYYRobotBase;
void io_test()
{
RTimer timer;
initUserTimer(&timer, 0, 100);
int io1_index=19;
int io2_index=20;
int io1_1=GetDi(io1_index);
int io1=0;
int io2_1=GetDi(io2_index);
int io2=0;
while (1)
{
userTimer(&timer);
io1=GetDi(io1_index);
io2=GetDi(io2_index);
if (robot_ok())
{
if ((0==io1_1)&&(0!=io1))
{
robot_teach_joint(0, 1);
}
else if ((0==io2_1)&&(0!=io2))
{
robot_teach_joint(0, 1);
}
else if ((0==io1)&&(0==io2))
{
robot_teach_stop();
}
}
io1_1=io1;
io2_1=io2;
}
}

MATLAB/Simulink圖形化開發(fā)環(huán)境：

本工具主要用于機器人系統(tǒng)的算法開發(fā)及驗證，需要嵌入的MATLAB中使用，用戶需要自行安裝適合版本的MATLAB，推薦2022及以后版本。同時該工具需要使用HYY機器人控制器作為目標機。

該工具目前支持機器人工具箱和總線工具箱，允許在安裝過程中進行選擇。基于該工具用戶可快速的在機器人或電機系統(tǒng)上進行算法的研發(fā)及驗證。

開發(fā)環(huán)境包括：

機器人工具箱——基于底層目標機的機器人控制系統(tǒng)開發(fā)，主要Base（基礎數(shù)據(jù)接口）、Mode（運動學及動力學）、Trajectory（關節(jié)及笛卡爾軌跡）、Utilities（輔助轉(zhuǎn)換）,根據(jù)需要選擇對應模塊拖拽到工程中進行設置并進行算法模型搭建，其中Base中的RobotInitialize模塊必須使用。并且模塊數(shù)據(jù)已被映射的機器人空間，無需關心減速比、編碼器位數(shù)等硬件信息。

總線通信工具箱——包括：Bus Init、PDO Transmit、PDO Receive、SDO Ssync Download、SDO Async Upload、SDO Sync DownLoad、SDO Sync Upload模塊，其中的模塊直接對應EtherCAT/CanOpen總線的pdo數(shù)據(jù)，類型與Simulink Real-Time工具箱。

基礎開發(fā)工程——基于機器人工具箱，搭建了包含邏輯控制、初始化移動、目標輸出、實時反饋、安全限制等功能的子系統(tǒng)模型，用戶可將其作為被控對象模型直接使用。

其他MATLAB工具箱——如MATLAB機器人工具箱、模糊工具箱等。

ROS開發(fā)環(huán)境：

本控制系統(tǒng)為融入ROS生態(tài)，提供了驅(qū)動包，將本控制系統(tǒng)對接到ROS及ROS2中，支持moveit等軟件對接使用。為了使用ROS需要在控制器中安裝ROS及本控制系統(tǒng)的ROS驅(qū)動包，并且配合PC使用。通過ROS主從機機制實現(xiàn)控制器和PC機配合工作，控制器作為ROS主機運行實時驅(qū)動節(jié)點，PC機作為ROS從機運行非實時節(jié)點。實際上也可以不使用PC機，在控制器中運行ROS，即實時驅(qū)動節(jié)點和非實時節(jié)點均在控制器中運行。但這可能降低控制器的實時性，不建議用戶這么做。結(jié)合ROS的控制系統(tǒng)框圖如下：