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轮式人形机器人运动控制系统

轮式人形机器人运动控制系统

开放 · 高效 · 智能

文档版本：V1.0 硬件平台：纳博特工业机器人控制器（RK3588 平台） 应用领域：双臂协作、人机协作、机器人算法验证、多机协调控制、先进控制理论研究、工业制造、医疗护理、商业服务、物流仓储、教育科研

一、公司简介

纳博特科技是一家专注于机器人运动控制系统研发的科技企业，拥有自主研发的先进控制算法和丰富的行业经验，致力于推动轮式人形机器人技术在工业和服务领域的应用落地。纳博特运控系统能够实现对双臂、腰部和颈部等关键部位的精准控制，赋予机器人卓越的灵活性和适应性。

二、产品概述

纳博特科技的轮式人形机器人运动控制系统专为复杂场景设计，支持多种构型配置，满足不同应用需求。平台以 ABOX-6116 工业控制器（Rockchip RK3588 + Debian 11 / Ubuntu 20.04） 为硬件基础，标配双机器人控制引擎（总容量 14 轴或 12 轴，最大可扩展至 32 轴），开放 NexDroid OpenAPI 全链路接口，支持用户从关节控制层到轨迹规划层的完整自主算法开发。系统采用模块化设计理念，兼容性强，可与第三方轮部、灵巧手和视觉系统无缝对接。

平台面向高校、研究所及企业实验室，为双臂协调运动控制、先进动力学算法、智能控制策略等科研场景，以及工业和服务领域的实际落地，提供高实时、高开放的硬件底座与软件生态。

三、产品功能特点

3.1 双臂协同控制系统

  • 支持两种双臂配置方案：
    • 双六轴协作机器人（2×6轴）配置
    • 双七轴协作机器人（2×7轴）配置
  • 七轴构型：腕部支持 SRS 结构（球铰-旋转-球铰）或十字交叉结构，可根据作业需求灵活选择
  • 具备高精度轨迹规划和碰撞检测功能
  • 支持双臂协同作业模式，可实现：
    • 对称同步运动
    • 非对称协同操作
    • 物体交接传递
    • 力位混合控制

3.2 腰部控制系统

  • 提供多种构型选择：
    • 1轴（旋转）
    • 3轴（X/Y/Z平移）
    • 4轴（4个串联关节）
    • 6轴（3平移+3旋转）
  • 支持动态平衡补偿
  • 具备负载自适应能力

3.3 颈部控制系统

  • 单轴旋转设计
  • 可扩展为多自由度构型
  • 支持视觉跟随功能

3.4 底盘控制系统

项目说明
底盘结构双差速轮 + 辅助万向轮
通讯协议CAN 总线，直接控制差速轮

四、应用场景

纳博特科技的轮式人形机器人运动控制系统广泛应用于以下领域：

4.1 工业制造

  • 汽车装配线：可完成车门安装、仪表盘装配等需要双臂协同的精密作业
  • 电子制造：适用于电路板组装、元器件焊接等精细操作
  • 机械加工：可进行工具更换、零件搬运等辅助工作

4.2 医疗护理

  • 手术辅助：高精度双臂可协助医生完成精密操作
  • 康复训练：可提供稳定的支撑和辅助
  • 药品分装：无菌环境下的精准作业

4.3 商业服务

  • 餐饮服务：完成餐具摆放、饮品调制等任务
  • 酒店接待：提供行李搬运、引导服务
  • 零售展示：商品展示和互动演示

4.4 物流仓储

  • 货架补货：双臂协同完成货物抓取和放置
  • 包裹分拣：配合视觉系统实现高效分拣
  • 重型物料搬运：腰部支撑系统可承受更大负载

4.5 教育科研

  • 作为教学和研究平台，机器人可用于人工智能、机器人学等领域的实验和开发

4.6 双臂装配

  • 主臂持工件，从臂持工具
  • 基于力矩感知的柔顺装配策略
  • 力位混合控制

4.7 双臂搬运

  • 大尺寸/异形工件协同抓取
  • 主-从位姿约束运动
  • 双臂负载分配优化

4.8 双臂打磨/抛光

  • 主臂定位工件，从臂执行打磨
  • 恒力跟踪控制
  • 轨迹协调补偿

4.9 算法验证平台

  • 新控制律（MPC/RL/自适应）快速部署
  • 动力学参数辨识
  • 双臂阻抗/导纳控制
  • 人机物理交互（pHRI）算法

五、产品优势

5.1 高性能处理平台

  • 搭载 Rockchip RK3588 处理器（8核，4×Cortex-A76 + 4×Cortex-A55，最高 2.4GHz，内置 6 TOPS NPU，可扩展至 20 TOPS），详见 七、硬件规格
  • 板载 LPDDR5 8GB 内存 + 64GB eMMC 存储
  • 无风扇铝镁合金机身，工作温度 -20°C ~ 70°C

5.2 实时运动控制

  • 采用 EtherCAT 通讯，高速高精度，从站同步抖动 <20μs
  • 控制周期可达 1ms（位置环/速度环），最小 250μs
  • 自研运控算法，支持双臂协作

5.3 灵活的构型配置

  • 腰部支持多种轴数配置（1~6 轴），适应不同任务需求
  • 双臂兼容六轴和七轴机器人，提升操作多样性
  • 双臂独立构型，支持串联多关节、SCARA、定制构型
  • DH 参数开放可配置，支持在线修改

5.4 卓越的开放性与兼容性

通信协议：

  • EtherCAT（主/从站）
  • PROFINET RT/IRT
  • Ethernet/IP
  • Modbus TCP/RTU
  • CANopen
  • OPC-UA

物理接口详见 7.2 节，软件协议详见 8.3 节。

支持第三方设备接入：

  • 轮式底盘（通过 CAN 总线）
  • 灵巧手（支持 Modbus/TCP、Modbus/RTU 协议）
  • 视觉系统（EtherNet）

提供标准 API 接口：

  • ROS/ROS2 支持
  • Python、C#、C++ SDK

六、运动控制系统规格

6.1 基础参数

项目规格
双臂轴数双臂共 14 轴（左臂 7 轴 + 右臂 7 轴），或双臂共 12 轴（左臂 6 轴 + 右臂 6 轴）
最大轴数32 轴（系统总容量，含外部轴）
控制周期1ms（位置环/速度环），最小 250μs
EtherCAT 同步分布式时钟（DC），从站同步抖动 20μs
多轴同步误差< 50μs
插补方式PTP / 直线 / 圆弧 / 样条曲线 / FLYBY
坐标系关节坐标系、机器人坐标系、工具坐标系、用户坐标系
机器人构型双臂独立构型，支持串联多关节、SCARA、定制构型；七轴腕部支持 SRS / 十字交叉结构
DH 参数开放可配置，支持在线修改
重复定位精度±0.005mm
最大运动速度2m/s
最大加速度5m/s²
力控分辨率0.1N
力矩控制精度±0.5% FS

6.2 双臂协同模式

特性说明
协同模式双机器人协调（主-从/松耦合/紧耦合）
同步精度双机启停完全同步，基于 EtherCAT 分布式时钟
干涉区支持双臂干涉区域设定与碰撞防护
坐标系关联支持主臂基坐标系下定义从臂工作空间
协调指令双机点到点（CoordPTP）、双机直线（CoordLine）、双机圆弧
独立运行每台机器人参数/程序/变量独立，亦可同步启停

6.3 控制模式

模式支持层级说明
关节位置模式位置环给定关节角度目标，控制器规划轨迹并执行
关节速度模式速度环直接下发关节速度指令，开环/闭环均可
关节力矩/电流模式电流环直接下发关节力矩指令（需配套伺服支持）

七、硬件规格

7.1 控制器

项目参数
型号ABOX-6116 工业控制器
CPURockchip RK3588 8核（4×Cortex-A76 + 4×Cortex-A55，最高 2.4GHz）
GPUMali-G610 MC4
NPU6 TOPS（INT8）；可选 M.2 RK1820 算力卡扩展至 20 TOPS
内存板载 LPDDR5 8GB
存储板载 64GB eMMC；可选 M.2 2280 SATA3 SSD
网络5× 千兆以太网（4× Intel i210 + 1× RTL8211F）
Wi-Fi / BT板载 2.4G/5G 双频 Wi-Fi 6 + Bluetooth 5.0
4G LTE1× Mini-PCIe，支持 LTE 4G 模组（可选）
操作系统Ubuntu + 纳博特控制系统
电源DC 12~24V ±10%，功耗 ≤20W，过流/过压/防反接保护
散热方式无风扇设计，铝镁合金外壳 + 铝型材散热
尺寸170mm × 112mm × 48mm（不含支架）
重量1.5kg
安装方式壁挂 / DIN-Rail 导轨安装
工作温度-20°C ~ 70°C

7.2 通信与控制接口

接口数量说明
千兆以太网5 口4× Intel i210 + 1× RTL8211F，其中 1 口用作 EtherCAT 主站，支持分布式时钟（DC）同步
USB 3.02 口其中 1 口 OTG 复用，单口支持 5V@2A
USB 2.01 口外设接入
HDMI1 口最大支持 8K（7680×4320）输出
RS2322 路带隔离，3.5mm 凤凰端子
RS4852 路带隔离，3.5mm 凤凰端子，支持 Modbus RTU
隔离 DI8 路干湿节点自切换，隔离电压 2500Vrms
隔离 DO8 路NPN/PNP 可切换（拨码），隔离电压 2500Vrms
PWM 输出4 路光源控制，支持外部硬触发（DC 5~24V），单通道最大 1A（可选）
Micro SIM1 口4G LTE 模组 SIM 卡

7.3 伺服驱动系统（选型建议）

方案推荐型号说明
EtherCAT 伺服符合 CIA402 标准的 EtherCAT 关节模组-
编码器类型支持绝对值编码器—

7.4 示教器（选配）

项目参数
型号T30 机器人专用示教器
屏幕8 寸 TFT 全触屏，1024×600
操作系统Linux + QT
功能示教编程、参数配置、状态监控、程序调试

7.5 环境要求

项目要求
供电DC 12~24V ±10%（≤20W，推荐 12V 40W 适配器）
工作温度-20°C ~ 70°C
伺服额定电流根据机械臂规格选型
上位机Windows / Linux 工作站，千兆以太网口

八、软件平台规格

8.1 系统架构

8.2 二次开发接口（NexDroid OpenAPI）

双臂控制：

接口类别内容开发语言
关节控制关节位置/速度/力矩指令下发C#, Python, TCP Socket
运动学接口正运动学（FK）输入/输出访问C#, Python, TCP Socket
轨迹规划自定义轨迹生成与下发路径C#, Python, TCP Socket
导纳控制同时下发目标位置 + 刚度参数（K）+ 阻尼参数（D），实现柔顺交互C#, Python, TCP Socket
状态反馈实时关节位置、速度、力矩、IO 状态读取C#, Python, TCP Socket
变量系统全局/局部变量读/写C#, Python, TCP Socket
伺服控制伺服上电/下电、报警清除C#, Python, TCP Socket
DH 参数在线修改机器人 DH 参数示教器 / 配置文件
配置管理控制器配置导入/导出文件系统

底盘控制：

类别接口说明
底盘管理使能底盘上使能，进入可控状态
急停立即停止底盘运动
清错清除底盘故障/报警状态
控制模式切换支持遥控模式、导航模式、空闲模式
直接控制速度/角速度下发通过协议下发线速度和角速度，控制底盘前进、后退、转弯和原地旋转
导航控制路径跟踪下发路径点序列进行跟踪，支持正向路径和反向路径
路径替换运行中替换当前路径点
重新规划触发路径重新规划
原地旋转导航模式下原地旋转到指定朝向
停止导航中止当前导航任务
状态与配置当前状态查询查询底盘实时状态（位置、速度、模式等）
设置里程计参数配置里程计分辨率、轮距等参数
设置航向角设置/修正底盘当前航向角

8.3 通信协议

协议用途特性
7000 端口协议核心控制协议（JSON over TCP）查询/下发关节坐标、变量、IO，支持单点和连续轨迹
TCP 自定义通信上位机 ↔ 控制器Server/Client 模式，支持 9 个工艺号并发
Modbus TCP/RTUPLC/传感器集成主/从站灵活配置
OPC-UA数据采集/监控系统标准化工业互联
EtherNet/IPAllen-Bradley PLCCIP 协议支持
FinsTCP欧姆龙 PLC命令/响应格式

物理层通信性能：EtherCAT 最小周期 100μs，PROFINET IRT 最小周期 250μs，通信抖动 20μs，详见 7.2 节。

8.4 ROS / ROS2 生态支持

模块状态说明
ROS 驱动节点可集成通过 7000 端口协议封装 ROS joint_state_publisher / trajectory_msgs
ROS2 驱动节点可集成基于 NexDroid OpenAPI 构建 ROS2 节点，支持 lifecycle 管理
URDF 模型可提供根据 DH 参数自动生成 URDF 描述
TF 树可集成实时发布关节变换 → 构建完整 TF 树
MoveIt 适配可集成对外暴露 joint_trajectory_action / follow_joint_trajectory
ROS2 Control可集成通过硬件接口层对接 ros2_control 框架

注：ROS/ROS2 驱动需基于 NexDroid OpenAPI 进行二次开发集成，纳博特提供接口文档与示例代码。

8.5 推荐开发工具链

工具用途
Visual Studio / VS CodeC# 上位机开发
Python 3.8+算法原型开发与验证
ROS / ROS2机器人软件生态集成
Lua 脚本示教器端快速逻辑编写
TCP/UDP 调试工具通讯协议验证

九、动力学接口开放规格

9.1 开放接口

接口访问方式说明
关节角度 θ实时读取（1ms）7 轴当前关节角度
关节速度 θ̇实时读取（1ms）7 轴当前关节角速度
关节力矩 τ实时读取（1ms）7 轴当前关节力矩（需伺服反馈）
关节指令 τ_cmd写入力矩模式下直接下发关节力矩指令
DH 参数表读/写标准 DH / 改进 DH 参数，支持运行时修改
质量/惯量参数读/写各连杆质量、质心、惯量张量
正运动学调用θ → TCP 位姿，内置/用户自定义
逆运动学调用TCP 位姿 → θ，内置/用户自定义
雅可比矩阵 J(q)计算几何雅可比/解析雅可比

9.2 用户自定义算法入口

替换点可替换功能接口形式
关节控制律PID → 滑模/自适应/MPC/RL关节位置/速度/力矩指令
正运动学默认算法 → 自定义θ → XYZ+RPY
逆运动学默认算法 → 自定义XYZ+RPY → θ
轨迹规划梯形/S曲线 → 自定义路径点序列 → 时间参数化轨迹
动力学前馈添加重力/科氏力补偿τ_ff = M(q)q̈ + C(q,q̇) + G(q)

9.3 数据采集与记录

功能支持程度
高频状态记录关节位置/速度/力矩，1ms 采样周期
上位机数据流7000 端口实时推送（1ms 级）
离线日志控制器本地日志，支持导出分析，格式兼容 .csv

十、精度标定方案 —— NexAutoCali 自动标定系统

纳博特轮式人形机器人解决方案集成了自主研发的 NexAutoCali 机器人自动标定系统，为七轴人形臂和六轴人形臂提供全参数精度标定方案，确保双臂在协作作业中达到亚毫米级重复定位精度。

详细文档参见 NexAutoCali 自动标定系统。

10.1 全参标定

全参标定是当前将机器人理论模型与物理实体进行高保真对齐的最优解，支持减速比校准、零点校准、杆长校准以及全参数标定，能挖掘出设备自身的精度极限。经全参标定后可将 TCP 精度从 3mm 提升至 0.5mm，精度提升可达 500%。

10.2 七轴 / 六轴全覆盖

适配七轴协作臂（SRS 结构 / 十字交叉结构）和六轴协作/工业臂，兼容轮式人形机器人的双臂独立构型，并可根据用户需求提供适配机型定制。

10.3 全流程自动化

依托纳博特驱控优势，打通从 测量点自动规划 → 自动运行 → 激光跟踪仪自动测量 → 算法计算 → 标定结果输出 的全流程自动化，使用便捷性与可靠性大幅提升。

10.4 高效快速

  • 精简操作逻辑，降低培训与使用难度
  • 快装结构设计，5 分钟即可完成软硬件环境准备
  • 优化标定流程，50 点全参标定标准耗时 ＜ 5 分钟

10.5 高集成一体机

系统集成激光跟踪仪测量、机器人运动控制、校准点/测量点自动规划、校准/测试过程全自动控制、算法计算于一体，一套软件可完成校准、测量全部工作，无需额外编程。

10.6 全功能测试

  • 内置机器人校准模块：减速比校准、零点校准、杆长校准、全参标定
  • 内置 14 项机器人性能指标测试模块
  • 完全符合国标 GB/T 12642—2013 / ISO 9283:1998

10.7 多品牌跟踪仪适配

已适配 API Radian Core 等多款高精度激光跟踪仪，更多品牌持续适配中。

10.8 标定流程概览

连接机器人 → 读取参数 → 自动规划测量点 → 自动运行测试 → 数据采集 → 算法计算 → 生成标定结果

十一、产品包装清单

序号组件数量备注
1控制器主机1 台ABOX-6116，含 Debian 11 / Ubuntu 20.04
2T30 示教器（选配）1 台含 5m 连接线缆
3电源线缆1 根DC 12~24V 端子接口
4EtherCAT 网线2 根CAT5e 及以上
5技术文档 U 盘1 个含开发手册 SDK 协议文档
6NexDroid OpenAPI 开发包1 份C# / Python 示例代码

十二、相关文档公开链接

以下为纳博特科技知识库（doc.inexbot.com）中各相关文档的公开访问链接：

12.1 产品资料

文档链接
纳博特工业机器人控制器规格书https://doc.inexbot.com/产品资料/控制系统/工业机器人控制器C1201
纳博特工业机器人控制器（紧凑型）规格书https://doc.inexbot.com/产品资料/控制系统/工业机器人控制器C1102
纳博特工业机器人控制器（多轴型）系列规格书https://doc.inexbot.com/产品资料/控制系统/工业机器人控制器C2200系列
T30 示教器规格书https://doc.inexbot.com/产品资料/控制系统/T30示教器
NexAutoCali 自动标定系统https://doc.inexbot.com/产品资料/精度标定/自动标定系统NexAutoCali
支持的伺服型号https://doc.inexbot.com/技术资料/支持的伺服型号
支持的机器人类型https://doc.inexbot.com/技术资料/支持的机器人类型
支持的外部轴类型https://doc.inexbot.com/技术资料/支持的外部轴类型

12.2 操作手册

文档链接
运动控制类指令https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/运动控制类指令
机器人 DH 参数说明https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/机器人DH参数说明
多机与双机协作https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/多机与双机协作
新双机功能https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/新双机功能
多机协调类指令https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/多机协调类指令
干涉区https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/干涉区
外部轴使用手册https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/外部轴使用手册
独立轴控制https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/独立轴控制
伺服响应时间https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/伺服响应时间
系统功能调试手册https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/系统功能调试手册
计算目标形态指令https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/计算目标形态指令
工具手标定手册https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/工具手标定手册
用户坐标标定手册https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/用户坐标标定手册

12.3 二次开发与通信协议

文档链接
7000 端口使用手册https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/7000端口
TCP 通讯功能手册https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/TCP通讯功能手册
Modbus 功能使用手册https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/Modbus功能使用手册
OPC-UA 参数https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/OPC-UA参数
EIP 功能操作说明https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/EIP功能操作说明
FINSTCP 使用手册https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/FINSTCP使用手册
Lua 教程https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/Lua教程
PC 支持仿真软件使用教程https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/PC支持仿真软件使用教程
通讯协议 & 地址码https://doc.inexbot.com/技术资料/通讯协议&地址码

12.4 工艺应用

文档链接
视觉工艺https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/视觉工艺
传送带跟踪工艺手册https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/传送带跟踪工艺手册
焊接工艺https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/焊接工艺
码垛工艺https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/码垛工艺
激光切割工艺https://doc.inexbot.com/操作手册/24.03版本/激光切割工艺

免责声明

本规格书中所列 ROS/ROS2 支持、动力学开放接口等功能基于 NexDroid OpenAPI 平台能力，部分集成工作需要用户根据提供的开发文档和示例代码完成。具体功能实现程度以实际合同技术附件为准。RK3588 平台相关参数为参考值，实际性能可能因系统配置及工作环境不同而有所差异。

文档反馈

友情链接：中国机械工业联合会机器人分会机器人在线中国机器人网

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