【導讀】“實現機器人操作係統——電機控製器ROS1驅動程序簡介”一文中概述了新型ADI Trinamic™電機控製器(TMC)驅動程序，並討論了將電機控製器集成到機器人操作係統(ROS)生態係統中的方法。TMC ROS1驅動程序支持TMC驅動層和應用層之間在ROS框架內無縫通信，且適用於它支持的各種TMC板。本文將深入探討TMC ROS1驅動程序的功能
，包括電機控製
、信息檢索、命令執行
、參數獲取以及對多種設置的支持。文中還概述了如何將電機控製器集成到嵌入式係統和應用中，從而利用ROS框架提供的優勢。

摘要

“實現機器人操作係統——電機控製器ROS1驅動程序簡介”一文中概述了新型ADI Trinamic™電機控製器(TMC)驅動程序
，並討論了將電機控製器集成到機器人操作係統(ROS)生態係統中的方法。TMC ROS1驅動程序支持TMC驅動層和應用層之間在ROS框架內無縫通信
，且適用於它支持的各種TMC板。本文將深入探討TMC ROS1驅動程序的功能
，包括電機控製、信息檢索、命令執行、參數獲取以及對多種設置的支持。文中還概述了如何將電機控製器集成到嵌入式係統和應用中
，從而利用ROS框架提供的優勢。

ADI Trinamic電機控製器ROS1驅動程序

ROS是shi一yi個ge機ji器qi人ren係xi統tong中zhong間jian層ceng，包bao含han一yi組zu軟ruan件jian庫ku和he強qiang大da的de開kai發fa工gong具ju，從cong驅qu動dong程cheng序xu到dao最zui先xian進jin的de算suan法fa

，可ke以yi在zai此ci基ji礎chu上shang開kai發fa機ji器qi人ren係xi統tong或huo應ying用yong程cheng序xu。ADI Trinamic電機控製器支持新型智能執行器
，並且隨著ROS變得越來越流行，尤其是在機器人領域，為了擴展在製造和工業自動化應用中的適用性，我們開發了ROS驅動程序等附加模塊支持。ADI公司的TMC ROS1驅動程序提供與Triaminic電機控製語言集成開發環境(TMCL-IDE)類似的功能，但有一個關鍵區別：它允許支持ROS的係統中的節點使用TMC，而無需額外安裝驅動程序。此外
，adi_tmcl集成了自己的TMCL協議解釋器
，因此能夠解釋符合TMCL標準的用戶請求的命令。最後一層是tmcl_ros_node，它建立了與ROS係統的直接接口，提供發布者、訂閱者和服務等功能。每一個功能都可以使用一組參數進行自定義，以下部分將詳細討論這些功能。

功能

1.支持多種TMC模塊

TMC ROS驅動程序或adi_tmcl旨在支持所有遵守TMCL協議的商用TMC。截至本文發布，它目前支持CAN接口（特別是SocketCAN）。但開發工作還在進行
，不久的將來會支持其他接口。這些TMC包含ADI Trinamic PANdrive™智能電機和模塊
，可以支持步進電機和直流無刷伺服(BLDC)電機。由於使用ROS參數，adi_tmcl能夠無縫支持不同的TMC模塊。隻需配置tmcl_ros_node而無需重新構建整個控製包。

在adi_tmcl/config目錄中
，每個ADI Trinamic電機控製器模塊(TMCM)都有兩個相關的YAML文件。這些文件以人類可讀的數據序列化語言編寫，包含ROS參數，應在執行期間加載：

►adi_tmcl/config/autogenerated/TMCM-XXXX.yaml

此YAML文件是自動生成的，包含特定於模塊的參數


，不建議修改，以免導致節點行為異常。

►adi_tmcl/config/TMCM-XXXX_Ext.yaml

此YAML文件包含用戶可以修改的所有參數

，以便(1)與板通信（例如接口名稱），(2)實現電機控製，以及(3)更改ROS主題名稱。

例如，如果您想使用TMCM-1636（圖3），隻需運行圖1所示的代碼。

圖1.啟動TMCM-1636。

其中，adi_tmcl/launch/tmcm_1636.launch加載TMCM-1636專用的YAML文件。

圖2.使用TMCM-1636運行TMC ROS驅動程序的代碼片段。

圖3.（上）TMCM-1636硬件連接圖
；（下）實際設置的參考圖片。

要使用TMCM-1260（圖6），請運行以下命令：

圖4.使用TMCM-1260啟動TMC ROS驅動程序的命令。

其中，adi_tmcl/launch/tmcm_1260.launch加載TMCM-1260專用的YAML文件。

圖5.使用TMCM-1260運行TMC ROS驅動程序的代碼片段。

圖6.（上）TMCM-1260硬件連接圖；（下）實際設置的參考圖片。

啟動目錄包括所有支持的TMC模塊，可以點擊此處查看。

2.使用TMCL-IDE一次性配置TMC模塊

在通過ROS使用TMC模塊之前，需要根據所使用的電機完成配置。所有的配置使用TMCL-IDE完成，並應存儲在EEPROM中（否則可能無法正確控製電機）。

►BLDC電機模塊（如TMCM-1636）

有關如何在TMCL-IDE中通過Wizard Pool工具完成電機校準的流程/教程，請查看此教程。

有關如何在TMCL-IDE中完成比例積分(PI)調諧功能的流程/教程，請查看此教程。

►步進電機模塊（如TMCM-1260）

有關如何在TMCL-IDE中通過Wizard Pool功能完成初始化配置的流程/教程
，請查看此教程。

初始化和調諧後，務必將所有參數存儲在板的EEPROM中。這可以通過如下方法來完成：(1)store參數，(2)STAP命令
，以及/或者(3)創建和上傳TMCL程序並啟用自動啟動模式。有些板僅支持其中的少數選項。

TMC ROS驅動程序的設計得到了簡化，在完成TMC模塊和電機的初始化配置/調諧後，基於使用TMCL-IDE的一次性配置即可控製電機。

3.移動/停止電機

TMC ROS驅動程序通過在以下任一主題中發布命令來移動/停止電機：

►/cmd_vel (geometry_msgs/Twist)—設置電機轉速

►/cmd_abspos (std_msgs/Int32)—設置電機的絕對位置

►/cmd_relpos (std_msgs/Int32)—設置電機的相對位置

►/cmd_trq (std_msgs/Int32)—設置電機扭矩

注：多軸TMC設置中的不同電機有不同的地址。

用戶可以連接ROS係統來發送至這些特定指令
，從而控製電機的運動。指令的選擇取決於具體應用、TMC設置以及所用電機的類型。例如，對於輪式機器人

，用戶可以選擇設置速度；而對於夾具
，設置位置會更合適。

作為說明性示例，可以看看腳本adi_tmcl/scripts/fake_cmd_vel.sh。這個簡單的腳本可以控製電機以順時針和逆時針兩個方向旋轉，並且逐漸提高轉速。要執行此腳本，請按照圖7所示的命令進行操作。

圖7.用於測試TMC ROS驅動程序轉速控製的命令。

注意：

►2號終端窗口和3號終端窗口最好並排顯示。

►可以按Ctrl-C複製1號終端窗口中的命令
，完成後粘貼到2號終端窗口中。

►3號終端窗口中的命令會自行停止。

為了驗證電機是否已移動
，圖8顯示了來自TMC (/tmc_info_0)的實際轉速反饋圖。

圖8.使用RQT繪製的電機實際轉速圖（以m/s為單位）。

4.TMC/電機信息檢索

係統可以通過訂閱以下主題，從TMC ROS驅動程序檢索信息：

►/tmc_info (adi_tmcl/TmcInfo) - 提供電壓
、TMC狀態、實際轉速、實際位置和實際扭矩信息

注：多軸TMC設置中的不同電機有不同的主題。

用戶可以鏈接ROS係統來訂閱這些指定的主題。這樣，用戶就可以監視參數值，並根據參數值采取行動。例如，在特定於應用的場景中，當檢測到TMC狀態出錯時，操作員可能會選擇停止係統

，或者在電機到達特定位置時執行預編程的動作。

作為例子
，adi_tmcl/scripts/fake_cmd_pos.sh是一個簡單的腳本
，它讓電機先順時針旋轉，再逆時針旋轉，並且不斷提高位置幅度。請執行圖9所示的命令。

圖9.用於測試TMC ROS驅動程序位置控製的命令。

為了驗證電機是否已移動，圖10顯示了來自TMC (/tmc_info_0)的實際位置回讀圖。

圖10.使用RQT繪製的電機實際位置圖（以度為單位）。

5.執行自定義TMC命令

係統可以通過執行以下功能來訪問和調整TMC參數：

►tmcl_custom_cmd (adi_tmcl/TmcCustomCmd) - 獲取/設置TMC的軸參數AP和全局參數(GP)的值

用戶可以選擇將此服務集成到ROS係統中
，以滿足特定應用需求。此功能使用戶能夠直接從ROS驅動程序配置TMC板。例如，用戶可以選擇設置軸參數(SAP)以獲得最大電流，從而調整允許的絕對電流水平。但是，用戶必須透徹了解他們要通過此功能修改的參數，不正確的設置可能會導致TMC ROS驅動程序故障。因此
，強烈建議任何配置都通過TMCL-IDE執行。圖11提供了調用此服務的示例，展示了使用指令類型208對DrvStatusFlags進行獲取軸參數(GAP)操作。

圖11.通過RQT觸發的tmcl_custom_cmd服務。

6.訪問所有軸參數值

係統可以通過以下方式訪問TMC軸參數值：

►tmcl_gap (adi_tmcl/TmcGapGgpAll) - 獲取指定電機/軸的所有TMC軸參數(AP)的值

用戶可以將ROS係統與此功能集成，以滿足特定應用的需求。例如
，此服務可以捕獲TMC板的當前設置和狀態，包括AP（例如編碼器步長、PI調諧

、換向模式等）。

圖12顯示了部分輸出示例。通過分析該結果，用戶可以確認一次性配置是否正確保存在板的EEPROM中。

圖12.通過RQT觸發的tmcl_gap_all服務。

7.訪問所有全局參數值

係統可以通過以下方式訪問TMC全局參數值：

►tmcl_ggp (adi_tmcl/TmcGapGgpAll) - 獲取所有TMC全局參數(GP)的值

此功能可以檢索TMC板的當前配置和狀態。可訪問的一些GP包括：CAN比特率、串行波特率
、自動啟動模式等。

圖13顯示了執行此服務後獲得的部分輸出。此結果使用戶能夠確認一次性配置是否已正確存儲在板的EEPROM中。

圖13.通過RQT觸發的tmcl_ggp_all。

8.多個TMC板設置

對於可能需要多個TMC模塊的較大係統（如機械臂），TMC ROS驅動程序支持多個器件設置。

a.多個CAN通道中的多個TMC板

如圖14所示
，當用戶的每個TMC板都有一個CAN-USB時
，係統將添加命名空間以區分每個節點的實例。在此特定用例中，需要相應更新comm_interface_name參數，以確保與板正確通信。

圖14.多個CAN通道中的多個TMC板的示例圖。

圖15中的代碼是用於設置此用例的示例啟動文件。在此示例中，電機A可以通過發布到/tmcm1/cmd_abspos來控製
，電機B可以通過發布到/tmcm2/cmd_abspos來控製，電機C可以通過發布到/tmcm3/cmd_abspos來控製。

圖15.使用多個CAN通道運行多個TMC ROS驅動程序的代碼片段。

b.單個CAN通道中的多個TMC板

TMC ROS驅動程序支持的另一種設置是單個CAN通道中有多個TMC板

，如圖16所示。與上文所述的對多個TMC板的支持非常相似

，係統引入命名空間來區分每個節點實例。所有板的comm_interface_name保持一致。調整comm_tx_id和comm_rx_id以確保與各板正確通信。

圖16.單CAN通道中的多個TMC板的示例圖。

圖17顯示了用於設置此用例的示例啟動文件。在此示例中，電機A可以通過發布到/tmcm1/cmd_abspos來控製
，電機B可以通過發布到/tmcm2/cmd_abspos來控製
，電機C可以通過發布到/tmcm3/cmd_abspos來控製。

圖17.使用單個CAN通道運行多個TMC ROS驅動程序的代碼片段。

9.輕鬆集成到ROS係統/應用中

借助ROS提供的消息傳遞係統，即便是較大的係統也可以輕鬆地交換節點（例如驅動程序、算法等）。TMC ROS驅動程序將這一優勢擴展到了TMC板，允許它無縫集成到ROS係統/應用中。

a.集成到AGV/AMR中

圖18說明了navigation_node如何通過發送geometry_msg/Twist格式的/cmd_vel來控製移動機器人。然後，motor_controller通過Geometry_msg/ Twist格式的/wheel_velocity發送反饋
，使得navigation_node可以相應地重新校準。

圖18.AGV/AMR的簡化架構。

通過了解navigation_node發布和訂閱的位置，tmcl_ros_node可以輕鬆更改motor_controller（圖19）。與TMC信息檢索功能類似
，adi_tmcl會發布關於車輪轉速的實時信息
，wheel_velocity_node會將車輪轉速信息從adi_tmcl/TmcInfo轉換為geometry_msg/Twist。由於新架構及其集成的TMC板符合正確的數據格式，因此移動機器人預計以相同方式工作。

圖19.帶有TMC ROS驅動程序的AGV/AMR簡化架構。

b.集成到機械臂中

圖20說明了為將TMC板集成到采用機械臂的貼片應用中
，控製機械臂需要使用多個電機。與之前的用例類似，用戶需要確保pick_and_place_node會訂閱/發布所預期的數據格式。

圖20.（上）帶有通用電機控製器的機械臂；（下）帶有TMC板的機械臂。

有關將TMC板集成到ROS係統的分步指南以及如何利用所述的功能
，請點擊此處。

結論

ADI公司的TMC ROS1驅動程序支持TMC基礎驅動層和應用層之間在ROS管理的係統內無縫通信，且適用於它支持的各種TMC模塊。

本文深入探討了ADI Trinamic電機控製器ROS1驅動程序提供的功能，包括：

►電機運動控製

►檢索電機和控製器信息

►執行TMC命令

►獲取軸和全局參數值

►支持多個TMC模塊控製設置

所有這些功能都是利用ROS的消息傳遞係統實現的，使得電機控製器可以輕鬆集成到基於ROS的係統和應用中。

如需了解更多信息，請訪問ADI機器人頁麵。

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(來源：ADI公司
，作者：Krizelle Paulene Apostol，軟件係統工程師；Jamila Macagba
，高級軟件係統工程師；Maggie Maralit，軟件係統設計工程經理）

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