ROS2 CANopen 使用教程（三）-阿里云开发者社区

ROS2 CANopen 使用教程（二）+https://developer.aliyun.com/article/1585396

2.8 如何创建配置包

为了在机器人上使用ros2_canopen协议栈，您需要创建一个配置包，其中包含总线配置和启动脚本。下文将详细介绍创建配置包的步骤。

2.8.1 创建配置包

创建配置包时，首先要做出一些决定。您需要选择软件包名称，决定需要哪些总线配置（通常是每个 CAN 接口一个），以及拥有哪些从站。

package_name：软件包名称
bus_config_name：总线配置的名称（可以有多个）。

您可以使用 ros2 pkg create 命令创建软件包。

ros2 pkg create --dependencies canopen lely_core_libraries --build-type ament_cmake {package_name}
cd {package_name}
rm -rf src
rm -rf include
mkdir -p launch
mkdir -p config

现在你的软件包目录应该是这样的。

{package_name}
├── config
├── launch
├── CMakeLists.txt
└── package.xml

2.8.2 创建总线配置

总线配置决策决定需要多少总线配置。在 config 文件夹中为每个总线配置添加一个子文件夹。

mkdir -p {bus_config_name}

为总线配置添加设备信息
为总线配置创建文件夹后，将总线配置中设备的 .eds 文件添加到相应文件夹中。
现在，您的软件包目录应该是这样的。

{package_name}
├── config
│   ├── {bus_config_name_1}
│   |   ├── {device1}.eds
│   |   ├── {device...}.eds
│   |   └── {slave_n}.eds
│   └── {bus_config_name_2}
│       ├── {device1}.eds
│       ├── {device...}.eds
│       └── {slave_n}.eds
├── CMakeLists.txt
└── package.xml

创建总线配置规范
为指定总线配置，ros2_canopen 使用名为 bus.yml 的 YAML 文件。请在相应的总线配置文件夹中创建该文件。

touch bus.yml

{package_name}
├── config
│   ├── {bus_config_name_1}
│   |   ├── bus.yml
│   |   ├── {device1}.eds
│   |   ├── {device...}.eds
│   |   └── {slave_n}.eds
│   └── {bus_config_name_2}
│       ├── bus.yml
│       ├── {device1}.eds
│       ├── {device...}.eds
│       └── {slave_n}.eds
├── CMakeLists.txt
└── package.xml

编辑总线配置规范
您需要根据需要修改每个 bus.yml 文件。首先，您需要定义这些文件和生成文件在运行时的位置。如果使用 colcon 从源代码构建，通常需要定义如下内容。

options:
  dcf_path: install/{package_name}/share/{package_name}/config/{bus_config_name}

然后，你需要确定你的主站。

master:
  node_id: [node id]
  package: [ros2 package where to find the master driver (usually canopen_core)]
  driver: [component type of the driver (ros2_canopen::MasterDriver or ros2_canopen::LifecycleMasterDriver)]

如果使用 ros2_canopen 的生命周期版本，请确保指定了生命周期主控程序。并根据需要添加其他配置数据。有关可用配置选项的文档，请参阅配置包文档。
定义好主进程的配置后，就可以添加从进程了。下文介绍了每个从属设备的必填数据。更多配置选项请参阅配置包文档。从站名称是分配给驱动程序的节点名称。

nodes:
  - [unique slave name]:
    node_id: [node id]
    package: [ros2 package where to find the driver]
    driver: [qualified name of the driver]

如果使用生命周期版本的 ros2_canopen，请确保使用生命周期从属程序。

2.8.3 创建启动配置

在软件包目录下创建启动文件夹和启动文件。

mkdir launch
touch {...}.launch.py

添加以下代码

def generate_launch_description():
      """Generate launch description with multiple components."""
      path_file = os.path.dirname(__file__)
      ld = launch.LaunchDescription()
      device_container = IncludeLaunchDescription(
          PythonLaunchDescriptionSource(
              [
                  os.path.join(get_package_share_directory("canopen_core"), "launch"),
                  "/canopen.launch.py",
              ]
          ),
          launch_arguments={
              "master_config": os.path.join(
                  get_package_share_directory("{package_name}"),
                  "config",
                  "{bus_config_name}",
                  "master.dcf",
              ),
              "master_bin": os.path.join(
                  get_package_share_directory("{package_name}"),
                  "config",
                  "{bus_config_name}",
                  "master.bin",
              ),
              "bus_config": os.path.join(
                  get_package_share_directory("{package_name}"),
                  "config",
                  "{bus_config_name}",
                  "bus.yml",
              ),
              "can_interface_name": "{can_interface_name i.e. can0}",
          }.items(),
      )
      ld.add_action(device_container)
      return ld

2.8.4 创建 CMAKE 配置

最后，我们需要调整 CMakeLists.txt 文件，以正确接收所有内容。

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project({package_name})
if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
  add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif()
# find dependencies
find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(canopen_core REQUIRED)
find_package(canopen_interfaces REQUIRED)
find_package(canopen_base_driver REQUIRED)
find_package(canopen_proxy_driver REQUIRED)
find_package(lely_core_libraries REQUIRED)
cogen_dcf({bus_config_name})
install(DIRECTORY
  launch/
  DESTINATION share/${PROJECT_NAME}/launch/
)
install(DIRECTORY
  launch_tests/
  DESTINATION share/${PROJECT_NAME}/launch_tests/
)
if(BUILD_TESTING)
  find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
  # the following line skips the linter which checks for copyrights
  # comment the line when a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
  # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
  # comment the line when this package is in a git repo and when
  # a copyright and license is added to all source files
  set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
  ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif()
ament_package()

2.9 如何使用 ros2_control 创建 cia301 系统？

CiA 301 配置文件又称 CANopen 应用层，是 CANopen 协议的基础。它定义了 CANopen 系统中用于设备通信和网络管理的基本原则、通信服务和对象字典。

CiA 301 配置文件定义了多项通信服务，允许设备交换数据和执行操作。这些服务包括用于在设备间传输对象数据的 SDO（服务数据对象）服务、用于实时数据交换的 PDO（过程数据对象）服务，以及用于网络初始化、设备状态控制和错误处理的 NMT（网络管理）服务。

使用 ROS2 启动 CiA301 接口包括三个步骤：

为总线和 ROS2_control 准备配置
准备状态和命令接口
最后是准备启动文件。

2.9.1 准备配置

要使用 CiA301 配置文件的控制系统接口，我们应准备以下配置

bus_conf
master_dcf
master_bin
can_interface，（默认：vcan0）

定义总线配置参数

master:
    node_id: 1
    driver: "ros2_canopen::MasterDriver"
    package: "canopen_master_driver"
    baudrate: 250
options:
    dcf_path: "@BUS_CONFIG_PATH@"
joint_1:
    node_id: 0x00
    dcf: "joint.eds"
    driver: "ros2_canopen::ProxyDriver"
    package: "canopen_proxy_driver"
    reset_communication: false
joint_2:
    node_id: 0x01
    dcf: "joint.eds"
    driver: "ros2_canopen::ProxyDriver"
    package: "canopen_proxy_driver"
    reset_communication: false

定义 ros2_control 参数

controller_manager:
    ros__parameters:
        update_rate: 100  # Hz
        joint_state_broadcaster:
            type: joint_state_broadcaster/JointStateBroadcaster
        joint_1_controller:
            type: canopen_ros2_controllers/CanopenProxyController
        joint_2_controller:
            type: canopen_ros2_controllers/CanopenProxyController
    joint_1_controller:
        ros__parameters:
            joint: joint_1
   joint_2_controller:
        ros__parameters:
            joint: joint_2

master_dcf 的示例见 https://github.com/ros-industrial/ros2_canopen/blob/master/canopen_tests/config/simple/simple.eds

2.9.2 使用 RPDO 访问当前状态

2.9.2.1 定义接头和 CANopen 数据结构

第一步是定义一个结构，用于保存有关接头和相关 CANopen 数据的信息。该结构是 CANopen 网络的基础，可确保存储所有相关数据并在需要时进行访问。

2.9.2.2 PDO 索引和子索引

每个过程数据对象（PDO）都有一个索引和一个子索引。索引是每个 PDO 的唯一标识符，将其与系统中的其他 PDO 区分开来。子索引用于访问每个 PDO 中的单个数据字段，因为一个 PDO 可以包含多个数据字段。

2.9.2.3 网络管理（NMT）

网络管理（NMT）是 CANopen 协议套件中的一项基本服务。它提供基本的设备控制命令，如启动、停止和复位，并管理网络中设备的状态。

对于 RPDO，使用以下方式定义数据：

"rpdo/index

"rpdo/subindex

"rpdo/type

"rpdo/data

对于 NMT，我们可以通过以下方式读取状态

"nmt/state

2.9.3 使用 TPDO 发送命令

为了向 CANopen 网络中的硬件设备发送命令，我们首先需要导出相应的硬件接口。这是一个关键步骤，可使我们有效地控制网络中的每个接头。

2.9.3.1 注册传输过程数据对象（TPDOs）

与处理状态接口的方法类似，我们必须为每个关节注册传输过程数据对象（TPDOs）。这些 TPDO 与以下命令相关：

"tpdo/index
"tpdo/subindex
"tpdo/type
"tpdo/data
"tpdo/owns

2.9.3.2 网络管理 (NMT) 命令

除此之外，我们还能注册与网络管理 (NMT) 相关的命令，以控制网络内设备的状态。这对设备的顺利运行和控制非常重要。与 NMT 相关的命令包括

"nmt/reset
"nmt/reset_fbk
"nmt/start
"nmt/start_fbk

这些 NMT 命令不仅有助于管理设备状态，还能在执行命令后从设备向控制系统提供反馈（用 "fbk "表示）。这种反馈机制对于确保成功执行命令和管理网络的整体健康至关重要。

2.9.4 如何启动节点

最后，我们为接口准备启动文件。示例见：https://github.com/ros-industrial/ros2_canopen/blob/master/canopen_ros2_control/launch/canopen_system.launch.py

有关测试，请参阅以下部分。

2.10 如何使用 ros2_control 创建机器人系统

本指南介绍如何利用 ros2_control 创建一个简单的机器人系统硬件接口。

创建一个新的配置包，名称为 canopen_robot_control_example。

ros2 pkg create --dependencies canopen lely_core_libraries --build-type ament_cmake {package_name}
cd {package_name}
rm -rf src
rm -rf include
mkdir -p launch
mkdir -p config

新建一个名为 robot_control 的总线配置文件夹。

mkdir -p config/robot_control

创建一个新的总线配置文件，文件名为 bus.yml。

touch config/robot_control/bus.yml

在 bus.yml 文件中添加以下内容

options:
  dcf_path: "@BUS_CONFIG_PATH@"
master:
  node_id: 1
  driver: "ros2_canopen::MasterDriver"
  package: "canopen_master_driver"
  sync_period: 10000
defaults:
  dcf: "cia402_slave.eds"
  driver: "ros2_canopen::Cia402Driver"
  package: "canopen_402_driver"
  period: 10
  position_mode: 1
  revision_number: 0
  sdo:
    - {index: 0x60C2, sub_index: 1, value: 50} # Set interpolation time for cyclic modes to 50 ms
    - {index: 0x60C2, sub_index: 2, value: -3} # Set base 10-3s
    - {index: 0x6081, sub_index: 0, value: 1000}
    - {index: 0x6083, sub_index: 0, value: 2000}
    - {index: 0x6060, sub_index: 0, value: 7}
  tpdo: # TPDO needed statusword, actual velocity, actual position, mode of operation
    1:
      enabled: true
      cob_id: "auto"
      transmission: 0x01
      mapping:
        - {index: 0x6041, sub_index: 0} # status word
        - {index: 0x6061, sub_index: 0} # mode of operation display
    2:
      enabled: true
      cob_id: "auto"
      transmission: 0x01
      mapping:
        - {index: 0x6064, sub_index: 0} # position actual value
        - {index: 0x606c, sub_index: 0} # velocity actual position
  rpdo: # RPDO needed controlword, target position, target velocity, mode of operation
    1:
      enabled: true
      cob_id: "auto"
      mapping:
      - {index: 0x6040, sub_index: 0} # controlword
      - {index: 0x6060, sub_index: 0} # mode of operation
    2:
      enabled: true
      cob_id: "auto"
      mapping:
      - {index: 0x607A, sub_index: 0} # target position
nodes:
  joint_1:
    node_id: 2
  joint_2:
    node_id: 3

将 canopen_tests/config/robot_control 软件包中的 cia402_slave.eds 文件复制到 config/robot_control 文件夹。
创建 ros2_controllers.yaml，并添加以下内容。

controller_manager:
  ros__parameters:
    update_rate: 100  # Hz
    joint_state_broadcaster:
      type: joint_state_broadcaster/JointStateBroadcaster
    forward_position_controller:
      type: forward_command_controller/ForwardCommandController
forward_position_controller:
  ros__parameters:
    joints:
      - joint1
      - joint2
    interface_name: position

在软件包的启动目录下创建一个名为 robot_control.launch.py 的启动文件，并添加以下内容。

from launch import LaunchDescription
from launch.actions import DeclareLaunchArgument
from launch.substitutions import Command, FindExecutable, LaunchConfiguration, PathJoinSubstitution
from launch_ros.actions import Node
from launch_ros.substitutions import FindPackageShare
from launch.actions import IncludeLaunchDescription
from launch.launch_description_sources import PythonLaunchDescriptionSource
def generate_launch_description():
    robot_description_content = Command(
        [
            PathJoinSubstitution([FindExecutable(name="xacro")]),
            " ",
            PathJoinSubstitution(
                [
                    FindPackageShare("canopen_tests"),
                    "urdf",
                    "robot_controller",
                    "robot_controller.urdf.xacro",
                ]
            ),
        ]
    )
    robot_description = {"robot_description": robot_description_content}
    robot_control_config = PathJoinSubstitution(
        [FindPackageShare("canopen_tests"), "config/robot_control", "ros2_controllers.yaml"]
    )
    control_node = Node(
        package="controller_manager",
        executable="ros2_control_node",
        parameters=[robot_description, robot_control_config],
        output="screen",
    )
    joint_state_broadcaster_spawner = Node(
        package="controller_manager",
        executable="spawner",
        arguments=["joint_state_broadcaster", "--controller-manager", "/controller_manager"],
    )
    forward_position_controller_spawner = Node(
        package="controller_manager",
        executable="spawner",
        arguments=["forward_position_controller", "--controller-manager", "/controller_manager"],
    )
    robot_state_publisher_node = Node(
        package="robot_state_publisher",
        executable="robot_state_publisher",
        output="both",
        parameters=[robot_description],
    )
    slave_config = PathJoinSubstitution(
        [FindPackageShare("canopen_tests"), "config/robot_control", "cia402_slave.eds"]
    )
    slave_launch = PathJoinSubstitution(
        [FindPackageShare("canopen_fake_slaves"), "launch", "cia402_slave.launch.py"]
    )
    slave_node_1 = IncludeLaunchDescription(
        PythonLaunchDescriptionSource(slave_launch),
        launch_arguments={
            "node_id": "2",
            "node_name": "slave_node_1",
            "slave_config": slave_config,
        }.items(),
    )
    slave_node_2 = IncludeLaunchDescription(
        PythonLaunchDescriptionSource(slave_launch),
        launch_arguments={
            "node_id": "3",
            "node_name": "slave_node_2",
            "slave_config": slave_config,
        }.items(),
    )
    nodes_to_start = [
        control_node,
        joint_state_broadcaster_spawner,
        forward_position_controller_spawner,
        robot_state_publisher_node,
        slave_node_1,
        slave_node_2
    ]
    return LaunchDescription(nodes_to_start)

创建 urdf 文件夹将 canopen_tests/urdf/robot_controller 软件包中的所有文件添加到软件包的 urdf 文件夹中。
编辑软件包的 CMakeLists.txt 文件，在 find_package 部分后添加以下几行。

cogen_dcf(robot_control)
install(DIRECTORY
launch urdf
DESTINATION share/${PROJECT_NAME})

编译软件包并获取 setup.bash 文件的源代码。
启动启动文件
现在，您可以使用 forward_command_controller 控制器来控制机器人。您还可以在 rviz 中添加一个 tf 或机器人模型，并将固定框架设置为 base_link，从而实现机器人的可视化。您可以使用以下命令移动机器人。

ros2 topic pub /forward_position_controller/commands std_msgs/msg/Float64MultiArray "{data: [10.0,10.0]}"

ros2 service call /cia402_device_1/sdo_write canopen_interfaces/srv/COWrite "{index: 0x1600, subindex: 0x01, data: 0x60400010, type: 32}"

ROS2 CANopen 使用教程（三）

2.8 如何创建配置包

2.8.1 创建配置包

2.8.2 创建总线配置

2.8.3 创建启动配置

2.8.4 创建 CMAKE 配置

2.9 如何使用 ros2_control 创建 cia301 系统？

2.9.1 准备配置

2.9.2 使用 RPDO 访问当前状态

2.9.3 使用 TPDO 发送命令

2.9.4 如何启动节点

2.10 如何使用 ros2_control 创建机器人系统

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