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PiPER-Mate

📖 项目简介

PiPER-Mate 是一个机械臂遥操作控制项目，支持通过 PiPER Mate 机械臂 实时远程控制 Piper 机械臂。项目提供三种控制方式，适用于机器人研究、遥操作教学、AI训练数据采集等多种场景。

✨ 核心特性

🤖 多控制方式：支持 ROS2 HUMBLE、Lerobot 框架、Python SDK 三种控制模式
⚡ 高控制频率：支持最高 100Hz 的实时遥操作
🔄 关节自动映射：自动将 PiPER Mate 关节角度转换为 Piper 控制指令
🛡️ 安全保护：内置关节角度限制、力矩控制和异常检测机制
🎯 夹爪控制：支持可选的夹爪协同控制功能

🚀 快速开始

环境要求

项目	要求
操作系统	Ubuntu 22.04
ROS版本	ROS2 Humble
硬件设备	PiPER Mate机械臂 + Piper 机械臂
驱动程序	CH340 USB驱动

安装步骤

方式一：Python SDK（推荐新手）

# 1. 安装依赖
sudo apt update && sudo apt install can-utils ethtool
sudo pip install serial fashionstar-uart-sdk piper-sdk python-can scipy

# 2. 配置CAN接口
cd piper-mate
bash find_all_can_port.sh
bash can_activate.sh can0 1000000

# 3. 运行程序
sudo chmod 777 /dev/ttyUSB*
python3 ./Python_SDK/piper_pipermate.py

方式二：ROS2 HUMBLE

# 1. 安装ROS2依赖
cd ROS2_HUMBLE
colcon build
source install/setup.bash

# 2. 启动节点（需要两个终端）
# 终端1：启动PiPER Mate驱动
ros2 run piper-mate driver --ros-args -p port:=/dev/ttyUSB0 -p auto_enable:=false

# 终端2：启动Piper控制
bash can_activate.sh can0 1000000
ros2 run piper piper_single_ctrl --ros-args -p can_port:=can0 -p auto_enable:=true

方式三：Lerobot 框架

# 参考Lerobot/README.md配置说明

📂 项目结构

PiPER-Mate/
├── Python_SDK/                  # Python SDK控制方式
│   ├── piper_pipermate.py       # 主控制程序
│   └── README.md                # 详细使用文档
├── ROS2_HUMBLE/                 # ROS2控制方式
│   ├── src/piper/               # Piper驱动节点
│   ├── src/piper-mate/          # Piper_mate驱动节点
│   ├── src/piper_msgs/          # Piper消息定义
│   └── README.md                # ROS2使用文档
├── Lerobot/                     # Lerobot框架控制方式
│   ├── lerobot_robot_piper/     # Piper机器人配置
│   ├── lerobot_teleoperator_pipermate/  # 遥操作器
│   └── piper-star_en.md         # Lerobot使用文档（英文）
│   └── piper-star.md            # Lerobot使用文档
│   └── README.md                # 使用步骤
├── can_activate.sh              # CAN接口激活（根目录）
├── can_config.sh                # CAN接口配置
└── README.md                    # 本文档

🎯 控制方式对比

特性	Python SDK	ROS2 HUMBLE	Lerobot
难度	⭐ 简单	⭐⭐⭐ 中等	⭐⭐⭐⭐⭐ 复杂
实时性	⭐⭐⭐⭐⭐	⭐⭐⭐	⭐⭐⭐
扩展性	⭐⭐	⭐⭐⭐⭐⭐	⭐⭐⭐⭐
适用场景	快速测试、教学	机器人系统集成	AI训练、研究

🔧 硬件连接

连接拓扑

┌─────────────────┐         USB          ┌─────────────────┐
│                 │◄────────────────────►│                 │
│   PiPER Mate    │                      │      计算机      │
│     机械臂       │                      │ (Ubuntu 22.04)  │
└─────────────────┘                      └────────┬────────┘
                                                  │
                                                 USB
                                                  │
┌─────────────────┐         CAN          ┌────────┴────────┐
│                 │◄────────────────────►│                 │
│      Piper      │                      │  CAN转USB适配器  │
│      机械臂      │                      │                 │
└─────────────────┘                      └─────────────────┘

📊 关节映射

系统自动将 PiPER Mate 的 6 个关节映射到 Piper 机械臂：

关节	PiPER Mate 角度	Piper 弧度	方向
Joint1	-150° ~ 150°	-2.62 ~ 2.62 rad	反向
Joint2	0° ~ 180°	0 ~ 3.14 rad	正向
Joint3	-170° ~ 0°	-2.97 ~ 0 rad	正向
Joint4	-100° ~ 100°	-1.75 ~ 1.75 rad	反向
Joint5	-70° ~ 70°	-1.22 ~ 1.22 rad	正向
Joint6	-120° ~ 120°	-2.09 ~ 2.09 rad	反向

⚠️ 安全注意事项

操作前检查：确保机械臂周围无障碍物，工作空间安全
急停控制：程序运行时按 Ctrl+C 可立即停止
关节限制：系统已自动设置安全角度限制，避免越界运动
电源管理：确保机械臂供电稳定，避免电压波动

🐛 故障排除

常见问题

Q1: 找不到 /dev/ttyUSB0 设备？

# 检查USB设备
ls -l /dev/ttyUSB*

# 检查CH340驱动
lsusb | grep CH340

# 如果没有安装驱动，请从官网下载安装

Q2: CAN 接口无法激活？

# 查找CAN端口
bash find_all_can_port.sh

# 手动激活CAN接口
sudo ip link set can0 type can bitrate 1000000
sudo ip link set up can0

# 检查CAN接口状态
ip link show can0

Q3: 机械臂连接失败？

检查USB线连接是否松动
确认机械臂电源已开启
检查驱动板开关位置（应拨向电源接口一侧）
尝试更换USB端口

Q4: USB连接断开时程序不终止？

程序已添加异常处理，当PiPER Mate USB断开时会自动终止并显示错误信息：

❌ 致命错误：PiPER Mate USB连接断开！

📖 详细文档

选择你需要的控制方式查看详细文档：

📘 Python SDK 详细文档 - 推荐！最简单易用
📗 ROS2 HUMBLE 详细文档 - 适用于机器人系统集成
📙 Lerobot 详细文档 - 适用于AI训练和研究

📄 许可证

本项目基于 MIT License 开源。

👥 作者与致谢

项目维护者：Welt-liu
感谢：PiPER Mate 和 Piper 团队的硬件支持

🔗 相关链接

项目维护者：
感谢：PiPER Mate 和 Piper 团队的硬件支持

3. 规格参数

3.1. 基础参数

参数项目	技术规格
工作电压	9.0～12.6 V
马达类型	空心杯马达
位置传感器	12-bit 非接触式绝对值编码器
分辨率	4096 阶 / 360°（0.088°）
有效角度	±180°(单圈)/±368,640°(多圈)
处理器	32-bit MCU
通信类型	UART / TTL 半双工
波特率	9,600 bps ～ 1 Mbps
ID 范围	0 ～ 254
减速比	273:1
齿轮材料	全金属不锈钢组合
输出轴规格	不锈钢 / Ø6 mm / 25T
外壳材料	铝合金中段 / 上下壳工程塑胶
接口类型	PH2.0 – 3Pin
尺寸重量	40 × 20 × 40 mm / 73 g
工作温度	-10～60 ℃
工作模式	单圈角度 \| 多圈角度 \| 阻尼模式

3.2. 特性参数（@12V）

参数项目	规格内容
最大静态扭矩（堵转）	4.41 N·m（45 kg·cm）
最大动态扭矩	1.67 N·m（17 kg·cm）
额定扭矩	0.54 N·m（5.5 kg·cm）
额定转速	64 rpm（0.156 s / 60°）
空载转速	90 rpm（0.110 s / 60°）
峰值电流	6 A
空载电流	＜300 mA
静态电流	＜30 mA
轴向	20 N
径向	40 N

T-N 特性曲线

机械过载曲线