5.1.6 关节控制

关节控制接口提供了对机器人各个关节的精确控制能力，支持多种控制模式和关节组。

核心特性

控制模式

• 位置控制 ：控制关节达到指定角度位置

• 速度控制 ：控制关节以指定角速度运动

• 力矩控制 ：控制关节输出指定力矩

支持关节

• 左臂关节 ：7个自由度关节（肩部3个、肘部1个、腕部3个）

• 右臂关节 ：7个自由度关节（肩部3个、肘部1个、腕部3个）

• 左腿关节 ：6个自由度关节（臀部3个、膝部1个、踝部2个）

• 右腿关节 ：6个自由度关节（臀部3个、膝部1个、踝部2个）

• 腰部关节 ：旋转、俯仰、侧弯

• 头部关节 ：低头抬头暂未发布、左右扭头

关节控制话题

按部位分组控制关节(手臂、腿、腰、头), 结合状态反馈实现闭环控制

话题名称	数据类型	描述	QoS	频率
/aima/hal/joint/*/command	JointCommandArray	关节控制命令	-	Hz
/aima/hal/joint/*/state	JointStateArray	关节状态反馈	TRANSIENT_LOCAL	Hz

其中*取值为head(需硬件支持的头部), arm, waist, leg

• JointCommandArray ros2-msg @ hal/msg/JointCommandArray.msg

# 关节控制命令数组
MessageHeader header             # 消息头
JointCommand[] joints            # 关节命令数组

* `JointCommand` ros2-msg @ hal/msg/JointCommand.msg

# 关节控制命令
string name                      # 关节名称, 可不填
float64 position                 # 位置 (rad)
float64 velocity                 # 速度 (rad/s)
float64 effort                   # 力矩 (N·m)
float64 stiffness                # 刚度 (N·m/rad)
float64 damping                  # 阻尼 (N·m·s/rad)

JointCommand[]长度与顺序如下表

关节组	长度	内容	补充信息
head	2	head_yaw, head_pitch	目前仅yaw有效, pitch占位预留
waist	3	wrist_yaw, wrist_pitch, wrist_roll
arm	7*2	shoulder_pitch, shoulder_roll, shoulder_yaw, elbow, wrist_yaw, wrist_pitch, wrist_roll	先左半部分所有关节，后右半部分
leg	6*2	hip_pitch, hip_roll, hip_yaw, knee, ankle_pitch, ankle_roll	先左半部分所有关节，后右半部分

• JointStateArray ros2-msg @ hal/msg/JointStateArray.msg

# 关节状态数组
MessageHeader header             # 消息头
DomainErrorState state           # 关节组异常状态
JointState[] joints              # 关节状态数组

* `DomainErrorState` ros2-msg @ hal/msg/DomainErrorState.msg

# 关节组异常状态
uint8 value        # 1: 阻尼模式, 2: 下电模式, 3: 下使能模式, 4: 通信断连, 其他: 无状态

* `JointState` ros2-msg @ hal/msg/JointState.msg

# 关节状态信息
string name                      # 关节名称, 暂未使用
float64 position                 # 位置 (rad)
float64 velocity                 # 速度 (rad/s)
float64 effort                   # 力矩 (N·m)
uint8 coil_temp                  # 线圈温度 (°C)
uint8 motor_temp                 # 电机温度 (°C)
uint8 motor_vol                  # 电机电压 (V)

JointState[]长度和顺序参见上方JointCommand[]关节顺序说明

关节状态查询服务

服务名称	数据类型	描述
/aimdk_5Fmsgs/srv/GetAllJointState	GetAllJointState	主动查询关节状态

• GetAllJointState ros2-srv @ hal/srv/GetAllJointState.srv

# 获取所有关节状态
# 服务名称: /aimdk_5Fmsgs/srv/GetAllJointState

# 请求
CommonRequest request            # 通用请求

# 响应
CommonResponse reponse           # 通用响应
JointState[] head_joints         # 头部关节状态
JointState[] arm_joints          # 手臂关节状态
JointState[] waist_joints        # 腰部关节状态
JointState[] leg_joints          # 腿部关节状态

JointState[]长度和顺序参见上方JointCommand[]关节顺序说明

编程示例

详细的编程示例和代码说明请参考:

• C++ 示例 : 机器人关节控制示例

• Python 示例 : 机器人关节控制示例

安全注意事项

警告

关节限制

• 所有关节都有运动范围限制，超出范围可能导致机械损坏

• 建议在控制前检查关节角度是否在安全范围内

• 使用力矩控制时需特别注意安全限制

小心

ROS的服务(service)机制在跨板通信时存在一些待优化问题, 二次开发时请参考例程添加异常处理、快速重试等保护机制

备注

最佳实践

• 使用平滑的轨迹规划避免突然的关节运动

• 实现关节状态监控和异常检测

• 在控制前确保机器人处于安全状态