5.1.9 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：偏摆、俯仰、翻滚

  • 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

BEST_EFFORT+VOLATILE

用户发送（按需）

/aima/hal/joint/*/state

JointStateArray

关节状态反馈

BEST_EFFORT+TRANSIENT_LOCAL

见下方说明

其中*取值为head(需硬件支持的头部), arm, waist, leg

警告

底层关节控制话题 /aima/hal/joint/*/command 无超时或失效保护：发送端停止下发命令后，机器人不会自动清零或进入安全状态。使用底层控制时，需自行保证持续、稳定地以固定频率下发指令，并在退出时显式下发零值或安全姿态，避免因指令中断导致机器人失稳。

关节状态反馈频率说明：各部位 state 话题的发布频率因硬件分频配置不同而异：

  • arm、leg、waist：500Hz

  • head：333Hz

  • 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（单位：rad）
float64 velocity                 # 速度（单位：rad/s）
float64 effort                   # 力矩（单位：N·m）
float64 stiffness                # 刚度（单位：N·m/rad）
float64 damping                  # 阻尼（单位：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

    旗舰版仅 yaw 有效；旗舰焕新版 yaw/pitch 均有效；人人造不支持头部关节

    waist

    3

    waist_yaw, waist_pitch, waist_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（state.value：1 (DAMPING 阻尼模式), 2 (POWERDOWN 下电模式), 3 (DISABLE 下使能模式), 4 (DISCONNECT 通信断连), 其他 (无状态)）
JointState[] joints              # 关节状态数组

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

      # 关节状态信息
string name                      # 关节名称，取值见下方关节顺序说明表
float64 position                 # 位置（单位：rad）
float64 velocity                 # 速度（单位：rad/s）
float64 effort                   # 力矩（单位：N·m）
uint16 error_code                # 错误码

    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（未启用，请直接读取下方各关节状态字段）
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

备注

该服务的 reponse 字段未启用，请直接读取 head_joints、arm_joints、waist_joints、leg_joints，不应依赖 reponse.header.code、status 判断成功与否。

编程示例

详细的编程示例和代码说明请参考:

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

机器人处于稳定站立 / 走跑模式时, 请勿批量快速启动 ROS 节点(建议不超过 2 个/秒), 短时间内大量节点参与 DDS 发现会造成通信拥塞、影响运控实时性, 存在机器人失稳摔倒风险

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