CN111185905A - 一种基于ros话题通信的机器人无线控制系统及方法 - Google Patents

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黄林青
魏武
高勇
孙金权
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South China University of Technology SCUT
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1689—Teleoperation
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Abstract

本发明涉及一种基于ROS话题通信的机器人无线控制系统，包括：机器人和ROS上位机客户端；所述机器人上设置有机械关节、机械关节控制器和供电模块；所述机械关节，用于实现机器人不同步态行走、运动；所述机械关节控制器，用于控制机械关节转动；所述ROS上位机客户端，安装有机器人操作系统，用于和所述机械关节控制器进行ROS话题通信特点的无线通信；所述供电模块，用于给所述机械关节、机械关节控制器供电。本发明通过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，WIFI通信成本低、稳定性高。

Description

一种基于ROS话题通信的机器人无线控制系统及方法
技术领域
本发明涉及机器人机械关节控制技术领域，特别是涉及一种基于ROS话题通信的机器人无线控制系统及方法。
背景技术
无论是工业生产、海洋探测工程领域，还是在军事领域、航天航空等领域，移动机器人的身影随处可见，它有极大的发展空间。而对于机器人的控制则有多样的控制方式。连线控制的机器人运动范围存在限制，因此一般不予考虑；而在无线控制方式中，存在着蓝牙、WIFI局域网等无线通讯的技术。蓝牙传输也由于范围较窄，如果机器人运动范围较大，容易出现断开通讯连接的现象；因此，行业内急需研发一种基于局域网的机器人无线控制系统
发明内容
针对现有技术存在的机器人运动范围存在限制的问题，本发明提供一种基于ROS话题通信的机器人无线控制系统及方法。
本申请的具体方案如下：
一种基于ROS话题通信的机器人无线控制系统，包括：机器人和ROS上位机客户端；所述机器人上设置有机械关节、机械关节控制器和供电模块；所述机械关节，用于实现机器人不同步态行走、运动；所述机械关节控制器，用于控制机械关节转动；所述ROS上位机客户端，安装有机器人操作系统，用于和所述机械关节控制器进行ROS话题通信特点的无线通信；所述供电模块，用于给所述机械关节、机械关节控制器供电。
优选地，所述机械关节控制器为Arduino控制器，所述Arduino控制器输出控制信号至舵机驱动器驱动舵机转动，实现对机械关节的控制。树莓派、Arduino控制器、舵机驱动器和舵机组成机械关节控制系统。
优选地，机器人上还设置有树莓派，所述ROS上位机客户端通过树莓派和所述机械关节控制器进行WIFI无线通信。
优选地，所述树莓派为Ubuntu 14.04系统并且装有机器人操作系统平台(ROS)的迷你电脑。
优选地，所述树莓派包含无线网卡模块，所述无线网卡模块与所述ROS上位机客户端连入同一个局域网中。
一种基于ROS话题通信的机器人无线控制方法，包括：
S1，ROS上位机客户端通过无线通信的方式向树莓派以ROS话题的形式发送控制信号；其中，所述树莓派与ROS上位机客户端处于同一个局域网中；
S2，树莓派将所述控制信号发送至所述机械关节控制器；
S3，所述机械关节控制器根据所述控制信号控制机械关节做出相应幅度的动作，实现不同步态的行走。
优选地，步骤3包括：
S31、对机械关节每个关节舵机的端口进行初始化；
S32、初始化所述机械关节控制器的串口，并循环检测串口能否接收USB直连串口传输的信号；
S33、若所述机械关节控制器的串口端接收到ROS上位机客户端发送的话题信息，通过了相应的串口协议校验，转化为相应的字符信息，则根据不同的字符信息控制机械关节做出相应的姿态变化。
优选地，所述相应姿态变化包括：单个关节的运动、多个关节的复合运动、舵机减速、舵机加速运动中的任何一种。
优选地，步骤S31之前还包括：预先标记所述机械关节每个关节舵机的端口号。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的基于ROS话题通信的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，同时亦可实时可视化出机器人的姿态，可观性强，通用性好，稳定性较高；WIFI通信成本低、稳定性高，可以运用在无线控制机械关节的技术领域之中，实现无线控制机械关节运动，同时实时显示机器人关节状态，解决现有的技术问题。
附图说明
图1为本实施例的基于ROS话题通信的机器人无线控制系统的示意性结构图。
图2为本实施例的控制程序逻辑图。
图3为本实施例的ROS上位机客户端控制界面示意图。
图4为本实施例的基于ROS话题通信的机器人无线控制方法的示意性流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参见图1-3、一种基于ROS话题通信的机器人无线控制系统，包括：机器人和ROS上位机客户端；所述机器人上设置有机械关节、机械关节控制器和供电模块；所述机械关节，用于实现机器人不同步态行走、运动；所述机械关节控制器，用于控制机械关节转动；所述ROS上位机客户端，安装有机器人操作系统，用于和所述机械关节控制器进行ROS话题通信特点的无线通信；所述供电模块，用于给所述机械关节、机械关节控制器供电。
在本实施例，所述机械关节控制器为Arduino控制器，所述Arduino控制器输出控制信号至舵机驱动器驱动舵机转动，实现对机械关节的控制，可以通过USB串口通信的形式，与所述树莓派进行通信，并且与机器人操作系统(ROS)兼容，亦可发布、订阅ROS中的话题信息。
所述ROS上位机客户端为一台装载机器人操作系统平台(ROS)的Ubuntu 14.04系统的笔记本电脑。本本实施例的ROS上位机客户端控制灵活，稳定，人机交互性能好，通用性强，可适用于无线控制机械关节的领域中，实现无线控制机械关节运动，针对可移动机器人的运动控制界面，减少命令行多个开启的次数，为机器人开发与调试提供便利操作。
在本实施例，机器人上还设置有树莓派，所述ROS上位机客户端通过树莓派和所述机械关节控制器进行WIFI无线通信。所述树莓派包含无线网卡模块，所述无线网卡模块与所述ROS上位机客户端连入同一个局域网中。所述树莓派为Ubuntu 14.04系统并且装有机器人操作系统平台(ROS)的迷你电脑。装有ROS上位机的笔记本电脑与所述树莓派连接到同一个WIFI局域网中，两者是基于SSH协议进行通信。所述树莓派与所述机械关节控制器用一根USB进行串口直连通信，根据制定的串口协议进行数据接收与发送。
参见4，适用于上述基于ROS话题通信的机器人无线控制系统的一种基于ROS话题通信的机器人无线控制方法，包括：
S1，ROS上位机客户端通过无线通信的方式向树莓派以ROS话题的形式发送控制信号；其中，所述树莓派与ROS上位机客户端处于同一个局域网中；具体地，用户在所述ROS上位机客户端中点击可视化界面的按钮，发送相应话题信号(控制信号)，如图3所示。
S2，树莓派将所述控制信号发送至所述机械关节控制器；所述的树莓派接收到话题信号，开始向USB串口发送相应信息；所述的机械关节控制器接收到所述树莓派发送的控制信号；
S3，所述机械关节控制器根据所述控制信号控制机械关节做出相应幅度的动作，实现不同步态的行走。
在本实施例，步骤3包括：
S31、对机械关节每个关节舵机的端口进行初始化；在本实施例，步骤S31之前还包括：预先标记所述机械关节每个关节舵机的端口号。
S32、初始化所述机械关节控制器的串口，并循环检测串口能否接收USB直连串口传输的信号；
S33、若所述机械关节控制器的串口端接收到ROS上位机客户端发送的话题信息，通过了相应的串口协议校验，转化为相应的字符信息，则根据不同的字符信息控制机械关节做出相应的姿态变化。其中，所述相应姿态变化包括：单个关节的运动、多个关节的复合运动、舵机减速、舵机加速运动中的任何一种。
在本实施例中，ROS上位机客户端的控制界面效果图如图3所示，当所述机械关节控制器的串口接受到如图2所示的字符信息，会让执行相应的程序，让机械关节的舵机做出相应的角度转动或者停止转动。只需在所述Arduino控制器的编译器Arduino IDE上编写C语言程序，按制定的串口协议进行程序处理，将在IDE编译程序好的程序烧录到所述控制器中。
所述树莓派采用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，同时亦可实时可视化出机器人的姿态，可观性强，通用性好，稳定性较高；并且由于WIFI通信成本低、稳定性高，可以运用在无线控制机械关节的技术领域之中，实现无线控制机械关节运动，同时实时显示机器人关节状态，解决现有的技术问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于ROS话题通信的机器人无线控制系统，其特征在于，包括：机器人和ROS上位机客户端；所述机器人上设置有机械关节、机械关节控制器和供电模块；
所述机械关节，用于实现机器人不同步态行走、运动；
所述机械关节控制器，用于控制机械关节转动；
所述ROS上位机客户端，安装有机器人操作系统，用于和所述机械关节控制器进行ROS话题通信特点的无线通信；
所述供电模块，用于给所述机械关节、机械关节控制器供电。
2.根据权利要求1所述的基于ROS话题通信的机器人无线控制系统，其特征在于，所述机械关节控制器为Arduino控制器，所述Arduino控制器输出控制信号至舵机驱动器驱动舵机转动，实现对机械关节的控制。
3.根据权利要求1所述的基于ROS话题通信的机器人无线控制系统，其特征在于，机器人上还设置有树莓派，所述ROS上位机客户端通过树莓派和所述机械关节控制器进行WIFI无线通信。
4.根据权利要求3所述的基于ROS话题通信的机器人无线控制系统，其特征在于，所述树莓派为Ubuntu 14.04系统并且装有机器人操作系统平台(ROS)的迷你电脑。
5.根据权利要求3所述的基于ROS话题通信的机器人无线控制系统，其特征在于，所述树莓派包含无线网卡模块，所述无线网卡模块与所述ROS上位机客户端连入同一个局域网中。
6.一种基于ROS话题通信的机器人无线控制方法，其特征在于，包括：
S1，ROS上位机客户端通过无线通信的方式向树莓派以ROS话题的形式发送控制信号；其中，所述树莓派与ROS上位机客户端处于同一个局域网中；
S2，树莓派将所述控制信号发送至机械关节控制器；
S3，机械关节控制器根据所述控制信号控制机械关节做出相应幅度的动作，实现不同步态的行走。
7.根据权利要求6所述的基于ROS话题通信的机器人无线控制方法，其特征在于，步骤3包括：
S31、对机械关节每个关节舵机的端口进行初始化；
S32、初始化所述机械关节控制器的串口，并循环检测串口能否接收USB直连串口传输的信号；
S33、若所述机械关节控制器的串口端接收到ROS上位机客户端发送的话题信息，通过了相应的串口协议校验，转化为相应的字符信息，则根据不同的字符信息控制机械关节做出相应的姿态变化。
8.根据权利要求7所述的基于ROS话题通信的机器人无线控制方法，其特征在于，所述相应姿态变化包括：单个关节的运动、多个关节的复合运动、舵机减速、舵机加速运动中的任何一种。
9.根据权利要求7所述的基于ROS话题通信的机器人无线控制方法，其特征在于，步骤S31之前还包括：
预先标记所述机械关节每个关节舵机的端口号。
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