ros如何实现通过canopen控制电机来完成运动控制

1. 硬件准备与连接

• CAN接口设备：使用支持CAN的硬件（如PCAN-USB、SocketCAN兼容设备）连接电机驱动器。
• 电机驱动器：确保驱动器支持CANopen协议，并按规范设置节点ID（如0x01）、波特率（如1 Mbps）。
• 物理连接：通过CAN总线（双绞线）连接所有设备，终端电阻需正确配置以避免信号反射。

2. 配置CANopen网络

• EDS文件：为每个电机驱动器准备电子数据表（EDS），描述对象字典（如6060h控制字、607Ah目标位置）。
• 驱动器参数配置：
  • 使用配置工具（如CANopen Magic）设置节点ID、PDO映射、同步周期（SYNC）。
  • 配置PDO通信参数（COB-ID、传输类型），例如将目标位置（607Ah）映射到TPDO1。

3. ROS环境搭建

• 安装ROS驱动包：

  sudo apt-get install ros-<distro>-ros-canopen

  • 关键包：canopen_master, canopen_402（用于CiA 402电机模式）。

• 配置SocketCAN接口：

  sudo modprobe can_raw
  sudo ip link set can0 up type can bitrate 1000000

4. 配置ROS节点

• Launch文件示例：

  <launch>
    <node name="canopen_master" pkg="canopen_master" type="canopen_master">
      <param name="can_device" value="can0" />
      <param name="config" textfile="$(find your_pkg)/config/eds_dictionary.yaml" />
    </node>
    <node name="motor_control" pkg="canopen_402" type="canopen_402">
      <param name="node_id" value="1" />
      <rosparam command="load" file="$(find your_pkg)/config/motor_config.yaml" />
    </node>
  </launch>

  运行 HTML

  • eds_dictionary.yaml：定义对象字典到ROS参数的映射。
  • motor_config.yaml：配置操作模式（如循环同步位置模式）、PDO映射。

5. 控制逻辑实现

• 服务与话题：

  • SDO读写：通过 /sdo_write服务修改对象字典（如切换到“运行模式”）。
  • PDO发布：向 /tpdo1发布目标位置（单位需转换为驱动器内部单位，如转/毫弧度）。

• 示例代码（发布目标位置）：

  import rospy
  from canopen_chain_node.srv import TPDOWrite
  
  def set_position(target_pos):
      rospy.wait_for_service('/tpdo1')
      try:
          tpdo_write = rospy.ServiceProxy('/tpdo1', TPDOWrite)
          response = tpdo_write(data=[(target_pos).to_bytes(4, 'little')])
          return response.success
      except rospy.ServiceException as e:
          print("Service call failed: %s"%e)

6. 集成高级控制（如ros_control）

• 硬件接口：创建 canopen_ros_control接口，将关节状态（位置、速度）反馈至ROS。

• 控制器配置：

  joint_state_controller:
    type: joint_state_controller/JointStateController
    publish_rate: 50
  
  position_controller:
    type: position_controllers/JointPositionController
    joint: motor_joint

• Launch控制器：

  <node name="controller_spawner" pkg="controller_manager" type="spawner"
        args="joint_state_controller position_controller" />

  运行 HTML

7. 调试与监控

• CAN工具：使用 candump can0实时监控原始CAN帧。
• Rviz/PlotJuggler：可视化关节状态，验证控制效果。
• 错误处理：监听 /emergency话题处理NMT错误（如节点心跳丢失）。

8. 扩展功能

• 多轴同步：通过SYNC消息同步多个驱动器，配置多个TPDO/RPDO实现协调运动。
• 实时性优化：结合Xenomai或PREEMPT_RT内核提升实时性能。
• 安全配置：启用CANopen安全协议（CiA 304），配置急停对象（如60B4h）。

关键注意事项

• 单位转换：确保ROS中的弧度/米与驱动器内部单位（如编码器计数）正确转换。
• 网络管理：通过NMT服务（/nmt）管理节点状态（启动/停止）。
• PDO触发方式：根据需求选择事件触发、定时器触发或同步触发（SYNC）。

通过以上步骤，ROS可有效利用CANopen协议实现高精度、实时的电机运动控制，适用于工业机器人、AGV等复杂场景。