基于ROS和IgH主站的多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 洪，黃 昭，張小勇，王通德

(1.江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇省食品先進(jìn)制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫 214122；2.江蘇南瑞恒馳電氣裝備有限公司，江蘇無錫 214161)

0 引言

隨著智能制造的快速發(fā)展和機(jī)器人應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，機(jī)器人面臨的環(huán)境越來越復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人的性能要求也越來越高。工業(yè)機(jī)器人通常由機(jī)械臂與固定底座構(gòu)成，在當(dāng)?shù)氐墓ぷ骺臻g內(nèi)執(zhí)行一系列任務(wù)[1]。智能、網(wǎng)絡(luò)化、高精度、高速正成為工業(yè)機(jī)器人未來的發(fā)展趨勢。網(wǎng)絡(luò)化控制實(shí)現(xiàn)了伺服驅(qū)動(dòng)器、控制器和傳感器之間的相互通信，以及生產(chǎn)線上各機(jī)器人之間的信息交換，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同操作。此外，多關(guān)節(jié)機(jī)器人的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制器是實(shí)現(xiàn)高精度、智能化控制的重要因素。然而，傳統(tǒng)機(jī)器人系統(tǒng)的開放性和可擴(kuò)展性較差，大多數(shù)不具備網(wǎng)絡(luò)能力。其控制器通常具有特定的功能，特殊的封閉特性限制了系統(tǒng)的擴(kuò)展和改進(jìn)。傳統(tǒng)的機(jī)器人控制器軟件難以從一個(gè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)系統(tǒng)，且由于控制器的封閉結(jié)構(gòu)，難以根據(jù)需求進(jìn)行擴(kuò)展。

機(jī)器人開源操作系統(tǒng)(robot operating system,ROS)對(duì)于機(jī)器人的各種軟硬件進(jìn)行了封裝，對(duì)于不同類型的機(jī)器人，通過ROS可以使用相同的方式表示，ROS為用戶提供模塊化的通信機(jī)制，用戶可以方便地替換系統(tǒng)內(nèi)的各種模塊，從而促使機(jī)器人的研發(fā)周期顯著縮減。實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)具有高精度、高實(shí)時(shí)性以及數(shù)據(jù)傳輸性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在高精度機(jī)器人控制系統(tǒng)中得到廣泛的關(guān)注與應(yīng)用[2]。

針對(duì)現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人研發(fā)周期長、實(shí)時(shí)性差、擴(kuò)展性能低等問題，本文通過IgH主站與ROS融合，結(jié)合分布式時(shí)鐘同步技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種實(shí)時(shí)性強(qiáng)、同步性高和性能穩(wěn)定的多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)。

1 控制系統(tǒng)硬件組成

為了控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效性和快速傳輸性，采用支持實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通訊，多關(guān)節(jié)機(jī)器人為典型的串聯(lián)機(jī)器人。上位機(jī)采用帶有Linux系統(tǒng)以及IgH主站的PC機(jī)，機(jī)器人控制系統(tǒng)采用一主多從的線性網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)線將上位機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器連接。

2 控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)在帶有IgH主站和ROS的Linux系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)，軟件架構(gòu)如圖1所示。其中ROS主要提供Moveit!功能包集和ros_control框架，Moveit!作為上層通過插件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，可以和不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃庫鏈接；ros_control作為下層提供控制器管理器、控制器、硬件資源接口以及硬件抽象層，實(shí)現(xiàn)中間控制環(huán)節(jié)；IgH主站通過EtherCAT總線與伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通信。利用多線程通信，將IgH主站和ROS平臺(tái)融合，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器編碼器數(shù)據(jù)與多關(guān)節(jié)機(jī)器人關(guān)節(jié)角度的傳輸與轉(zhuǎn)換。

圖1 控制系統(tǒng)軟件框架

3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)容主要包括底層驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)，ROS平臺(tái)和IgH主站的融合。

3.1 底層驅(qū)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)

基于ROS和IgH主站的多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)底層驅(qū)動(dòng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)通過EtherCAT通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)伺服驅(qū)動(dòng)器與上位機(jī)的通信；

(2)通過分布式時(shí)鐘(distributed clock,DC)控制各從站任務(wù)同步執(zhí)行；

(3)通過硬件交互層為控制器提供硬件抽象層接口，并完成機(jī)器人關(guān)節(jié)角度到電機(jī)目標(biāo)位置的映射。

3.1.1 EtherCAT通信實(shí)現(xiàn)

EtherCAT數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)幀由主站發(fā)起控制各驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，由于以太網(wǎng)設(shè)備具有獨(dú)立處理雙向傳輸?shù)墓δ躘3]，在一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，各驅(qū)動(dòng)器可以對(duì)主站發(fā)送的下行報(bào)文進(jìn)行直接處理，并從報(bào)文中讀取或?qū)懭胂嚓P(guān)用戶數(shù)據(jù)，然后將報(bào)文數(shù)據(jù)傳輸給下一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)所有驅(qū)動(dòng)器完成數(shù)據(jù)幀的處理后，由最后一個(gè)驅(qū)動(dòng)器從后向前依次發(fā)回報(bào)文至主站[4]。工業(yè)機(jī)器人通信系統(tǒng)要求能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，如各軸的狀態(tài)反饋信息，要求數(shù)據(jù)精確且通信延遲抖動(dòng)低。標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核只滿足軟實(shí)時(shí)的要求，由于機(jī)器人控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高，所以采用帶有Xenomai實(shí)時(shí)補(bǔ)丁的內(nèi)核，并將IgH用戶層周期性執(zhí)行任務(wù)移植到Xenomai實(shí)時(shí)內(nèi)核中[5]，通過創(chuàng)建實(shí)時(shí)任務(wù)的線程，設(shè)定調(diào)度優(yōu)先級(jí)，完成Xenomai周期任務(wù)，主站和伺服驅(qū)動(dòng)器通信過程如圖2所示。

圖2 EtherCAT通信過程

主站和上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信后，過程數(shù)據(jù)的讀寫通過EtherCAT應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)，PDO通過“數(shù)據(jù)域指針+地址偏移量”的方式直接讀寫[6]；再將數(shù)據(jù)域的所有報(bào)文插入到主站的報(bào)文序列；最后將所有報(bào)文發(fā)送到傳輸序列，從而實(shí)現(xiàn)主站和伺服驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)交互。從站的周期性數(shù)據(jù)根據(jù)CiA402去配置，應(yīng)用層采用CoE協(xié)議[7]。本文驅(qū)動(dòng)器的控制模式為周期性同步位置模式(CSP)。所需配置的PDO以及對(duì)象字典如表1所示。

表1 PDO配置

3.1.2 分布式時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)

多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在多軸聯(lián)動(dòng)的情況，以執(zhí)行相對(duì)復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，若關(guān)節(jié)不同步，會(huì)產(chǎn)生誤差，因此各從站需要使用相同的系統(tǒng)時(shí)間，使從站同步執(zhí)行任務(wù)，可以通過分布式時(shí)鐘產(chǎn)生同步的輸出信號(hào)，同步主從站之間的時(shí)鐘，從而實(shí)現(xiàn)多軸同步運(yùn)動(dòng)。由圖3所示，以n個(gè)從站節(jié)點(diǎn)說明各從站時(shí)鐘同步過程，包括傳輸延遲計(jì)算、時(shí)鐘偏移補(bǔ)償和時(shí)鐘漂移補(bǔ)償[8]，其中選擇從站1為參考時(shí)鐘。

下行報(bào)文到達(dá)每個(gè)從站后，從站寄存器會(huì)記錄到達(dá)時(shí)刻，假設(shè)報(bào)文由主站傳輸至參考時(shí)鐘從站的時(shí)刻記為T1，到達(dá)從站n的時(shí)刻為T2(n)，則有以下關(guān)系：

T2(n)-T1=Tdelay(n)+Toffset(n)

(1)

式中：Tdelay(n)為傳輸延時(shí)；Toffset(n)為初始偏移量。

整理式(1)可得：

Toffset(n)=T2(n)-T1-Tdelay(n)

(2)

上行報(bào)文返回主站時(shí)，假設(shè)到達(dá)從站n的時(shí)刻為T3(n)，到達(dá)參考時(shí)鐘的時(shí)刻為T4，由于線纜傳輸報(bào)文延時(shí)均勻，且各從站處理和轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文時(shí)間一致，可得傳輸延時(shí)為

Tdelay={(T4-T1)-[T3(n)-T2(n)]}/2

(3)

根據(jù)式(2)和式(3)可得初始偏移Toffset：

Toffset=[T2(n)+T3(n)-(T1+T4)]/2

(4)

主站發(fā)送報(bào)文讀取相關(guān)寄存器得到傳輸延時(shí)和時(shí)鐘偏移的數(shù)值后，寫入對(duì)應(yīng)從站，由于不同時(shí)間讀寫寄存器，每個(gè)從站會(huì)與參考從站產(chǎn)生漂移，因此需要對(duì)時(shí)鐘漂移進(jìn)行補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步。首先系統(tǒng)的本地時(shí)間Tsys_local(n)和參考時(shí)間要維持同步關(guān)系，可得本地系統(tǒng)時(shí)間為

Tsys_local(n)=Tlocal(n)-Toffset(n)

(5)

式中Tlocal(n)為每個(gè)從站的本地時(shí)間。

其次將參考時(shí)鐘的系統(tǒng)時(shí)間Tsys_ref寫入到其他從時(shí)鐘設(shè)備中，然后利用參考時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)間Tsys_ref和傳輸延時(shí)Tdelay(n)，得到時(shí)鐘漂移補(bǔ)償Δt：

Δt=Tlocal(n)-Toffset(n)-Tdelay(n)-Tsys_ref

(6)

根據(jù)時(shí)鐘漂移補(bǔ)償?shù)臄?shù)值，從站本地時(shí)鐘需要調(diào)整其運(yùn)行速度，即在每個(gè)運(yùn)行周期通過增加ΔT的值來補(bǔ)償時(shí)間偏差，ΔT的取值方法如下：

(7)

為保證多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)的同步性，首先控制整個(gè)系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)器同時(shí)上電，避免通訊部分因非同步上電造成失同步故障。其次，通過初始化時(shí)鐘完成系統(tǒng)時(shí)間的同步，包括傳輸延時(shí)的測量、時(shí)鐘偏差和時(shí)鐘漂移的補(bǔ)償[9]。然后，通過初始化同步信號(hào)完成DC從站的同步，設(shè)置同步信號(hào)的周期時(shí)間，同步信號(hào)的周期時(shí)間和控制系統(tǒng)關(guān)節(jié)位置插補(bǔ)周期保持一致。最后控制寄存器，設(shè)置同步信號(hào)的開始時(shí)間，并激活同步信號(hào)。同步信號(hào)激活后，機(jī)器人控制系統(tǒng)在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后將數(shù)據(jù)發(fā)給從站，從站接收到同步信號(hào)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并轉(zhuǎn)發(fā)給主站，完成周期性數(shù)據(jù)交換。

3.1.3 硬件交互層

ros_control定義了機(jī)器人硬件接口，控制器通過硬件接口與機(jī)器人硬件連接，通過接口層自定義機(jī)器人并使用控制器管理器進(jìn)行控制[10]。

使用硬件交互層與機(jī)器人硬件連接首先需要初始化，獲取機(jī)器人的關(guān)節(jié)名，并對(duì)關(guān)節(jié)的位置、速度、力矩等信息重新分配空間；然后連接并注冊(cè)機(jī)器人的狀態(tài)接口和位置接口[11]。完成初始化工作后，對(duì)機(jī)器人的信息進(jìn)行讀取和寫入。通過API讀接口，主站可以在從站設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)幀并處理報(bào)文，讀取各從站的狀態(tài)字、當(dāng)前位置以及當(dāng)前速度；通過API寫接口，主站將控制字、目標(biāo)位置寫入機(jī)器人系統(tǒng)，從而控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。其中目標(biāo)位置是由關(guān)節(jié)角度轉(zhuǎn)化為電機(jī)脈沖，再通過中間變量轉(zhuǎn)發(fā)給從站實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，目標(biāo)位置與關(guān)節(jié)角度的轉(zhuǎn)換關(guān)系為

(8)

式中：W(n)為各從站的目標(biāo)位置(n=1,2,3,4,5,6)；θ(n)為每個(gè)關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)角度(n=1,2,3,4,5,6)；P為電機(jī)轉(zhuǎn)一圈指令脈沖數(shù)；R為減速比。

上位機(jī)讀取關(guān)節(jié)角度的反饋只需反解此式。

完成硬件交互后，在循環(huán)中，分別執(zhí)行讀取和發(fā)送任務(wù)，并周期性地更新控制器的狀態(tài)，保證實(shí)時(shí)任務(wù)的更迭。

3.2 ROS平臺(tái)和IgH主站的融合

ROS平臺(tái)和IgH主站是兩個(gè)獨(dú)立的架構(gòu)，都采用模塊化設(shè)計(jì)[12]。為實(shí)現(xiàn)ROS和IgH主站的數(shù)據(jù)交互，將IgH主站模塊封裝為ROS下的驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)。在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)中，將需要傳遞的數(shù)據(jù)保存在自定義消息中，以發(fā)布和訂閱話題的形式，將所需的機(jī)器人關(guān)節(jié)位置等狀態(tài)參數(shù)傳遞至主站，在主站的周期性任務(wù)中實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的交換。同時(shí)，通過多線程通信，允許多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)存在，不同的功能由不同的線程執(zhí)行。ROS平臺(tái)和IgH主站的融合流程如圖4所示。

圖4 ROS平臺(tái)和IgH主站融合流程

多線程通信的頻率對(duì)系統(tǒng)的延遲、實(shí)時(shí)性以及穩(wěn)定性具有一定的影響，頻率越大，控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸速率越高，但頻率過大會(huì)造成系統(tǒng)的損壞。為選取合適的多線程通信頻率，展開實(shí)驗(yàn)，觀察不同頻率下，系統(tǒng)的運(yùn)行情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可知，多線程通信頻率過高，會(huì)引起控制系統(tǒng)的卡死，頻率過低，會(huì)增大系統(tǒng)的延遲，降低實(shí)時(shí)性，控制效果不佳。因此，將多線程通信頻率控制在1 000～1 250 Hz。

4 實(shí)驗(yàn)

本系統(tǒng)運(yùn)行在ROS平臺(tái)和IgH主站中，運(yùn)行環(huán)境為Ubuntu14.04+Xenomai2.6.5 +IGH EtherCAT Master，上位機(jī)采用一臺(tái)華碩筆記本，采用一主多從的線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)器和多關(guān)節(jié)機(jī)器人連接，多關(guān)節(jié)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖5所示。

圖5 控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

4.1 系統(tǒng)實(shí)時(shí)性測試

在機(jī)器人的控制系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性是關(guān)鍵問題，本文通過多線程通信，將系統(tǒng)任務(wù)劃分為實(shí)時(shí)域和非實(shí)時(shí)域。對(duì)本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)性能評(píng)估，將系統(tǒng)程序分別運(yùn)行在Linux內(nèi)核和Xenomai實(shí)時(shí)內(nèi)核下，測量并記錄IgH主站運(yùn)行周期時(shí)間，結(jié)果如圖6所示。由圖6(a)可知，在Linux內(nèi)核下，周期在0.2～6.5 ms波動(dòng)；由圖6(b)可知，在Xenomai實(shí)時(shí)內(nèi)核下，周期波動(dòng)基本穩(wěn)定在0.04 ms，表明在Xenomai內(nèi)核下，IgH主站的周期抖動(dòng)性更小，EtherCAT的通信更加穩(wěn)定，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_性。

通過實(shí)時(shí)性測試工具Latency，設(shè)置實(shí)時(shí)任務(wù)周期為1 ms，分別對(duì)系統(tǒng)在用戶、內(nèi)核以及定時(shí)器中斷模式下的任務(wù)調(diào)度延遲進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表3所示。由表3可知，用戶模式下，實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度最大延遲為11.038 μs，占整個(gè)測試周期的0.11%；內(nèi)核模式下，實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度最大延遲為8.672 μs，占整個(gè)測試周期的0.08%；定時(shí)器中斷模式下，實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度最大延遲為5.691 μs，占整個(gè)測試周期的0.05%。由測試結(jié)果可知，系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度延遲從用戶、內(nèi)核到定時(shí)器中斷模式依次降低，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性依次增強(qiáng)，說明該系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性。

(a)Linux內(nèi)核運(yùn)行周期

(b)Xcnomai內(nèi)核運(yùn)行周期圖6 主站周期分布

表3 系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度延遲測試 μs

4.2 關(guān)節(jié)同步性測試

多關(guān)節(jié)機(jī)器人在執(zhí)行較復(fù)雜的任務(wù)時(shí)，關(guān)節(jié)間的同步性影響著機(jī)器人軌跡規(guī)劃的精度：同步性越好，精度越高。為驗(yàn)證關(guān)節(jié)間的同步性，對(duì)各關(guān)節(jié)設(shè)置相同的目標(biāo)位置，觀察機(jī)器人從初始位置到目標(biāo)位置的軌跡變化，根據(jù)各關(guān)節(jié)軌跡變化的一致度，判斷關(guān)節(jié)的同步性能。在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)器人不會(huì)一直處于無負(fù)載狀態(tài)，因此，進(jìn)行了無負(fù)載狀態(tài)和有負(fù)載狀態(tài)下關(guān)節(jié)同步性能的測試。利用基于Qt的應(yīng)用程序PlotJuggler，記錄關(guān)節(jié)的軌跡變化，直觀反映關(guān)節(jié)間的同步誤差。無負(fù)載和有負(fù)載狀態(tài)下關(guān)節(jié)同步性的測試結(jié)果如圖7和圖8所示。

(a)關(guān)節(jié)原始測量角度

(b)編碼器輸出數(shù)值圖7 無負(fù)載關(guān)節(jié)同步性能測試

(a)關(guān)節(jié)原始測量角度

(b)編碼器輸出數(shù)值圖8 有負(fù)載關(guān)節(jié)同步性能測試

由圖7(a)可知，無負(fù)載狀態(tài)下，在關(guān)節(jié)剛接收到控制指令運(yùn)動(dòng)后，兩關(guān)節(jié)的輸出角度誤差在0.001 25 rad左右，短暫時(shí)間后，各關(guān)節(jié)軌跡曲線重合。由圖7(b)可知，將關(guān)節(jié)角度處理成電機(jī)的編碼器數(shù)值輸出，電機(jī)的編碼器數(shù)值曲線重合。

由圖8(a)可知，有負(fù)載狀態(tài)下，各關(guān)節(jié)軌跡未重合，關(guān)節(jié)間的輸出角度誤差穩(wěn)定在0.001 rad。將關(guān)節(jié)角度處理成編碼器數(shù)值后，由圖8(b)可知，由于誤差極小，編碼器數(shù)值曲線重合。由測試結(jié)果分析可知，無負(fù)載和有負(fù)載狀態(tài)下，關(guān)節(jié)間均呈現(xiàn)出較高的同步性，滿足工業(yè)機(jī)器人的控制要求。

4.3 軌跡規(guī)劃誤差測試

完成控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和同步性測試后，需要對(duì)多關(guān)節(jié)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃誤差進(jìn)行測試，設(shè)置機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度的期望值，采用改進(jìn)的快速擴(kuò)張隨機(jī)樹算法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，測試結(jié)果如圖9所示。

圖9 關(guān)節(jié)軌跡誤差

由圖9可知，各關(guān)節(jié)的期望值為[0.2,0.1,-0.1,-0.15],運(yùn)行結(jié)果為[0.199 993,0.099 977 2,-0.100 054,-0.150 023]，誤差較小。為驗(yàn)證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，設(shè)置60個(gè)不同的位姿，得出每個(gè)關(guān)節(jié)軌跡誤差的平均值，測試結(jié)果如表4所示。

表4 關(guān)節(jié)軌跡誤差測試

由表4可知，關(guān)節(jié)1到關(guān)節(jié)4的平均軌跡誤差值分別為1.2×10-4rad、1.7×10-4rad、3.0×10-5rad和2.0×10-5rad，軌跡規(guī)劃精度較高，滿足控制要求。

5 結(jié)論

本文針對(duì)現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)存在的實(shí)時(shí)性差、同步性低以及軌跡規(guī)劃精度低等問題，設(shè)計(jì)了基于ROS和IgH主站的多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)，采用多線程通信，將IgH主站、Moveit!以及ros_control融合，選取合適的任務(wù)控制周期，在IgH主站下采用分布式時(shí)鐘，使該機(jī)器人得到有效控制。通過對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、同步性以及軌跡規(guī)劃誤差進(jìn)行測試：該機(jī)器人控制系統(tǒng)運(yùn)行周期波動(dòng)穩(wěn)定在0.04 ms；關(guān)節(jié)間的輸出角度誤差穩(wěn)定在0.001 rad；關(guān)節(jié)1到關(guān)節(jié)4的平均軌跡誤差值為1.2×10-4rad、1.7×10-4rad、3.0×10-5rad和2.0×10-5rad。表明該多關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性、同步性以及可靠性。