ros系統對於機器人開發的作用是什麽？

開發機器人硬件時面臨的挑戰之一是處理與電機的通訊，以及根據即時生成的軌跡向其發送命令。由於接受軌跡的電機應遵守時間限制，所以電機驅動器和控制器之間的無縫通訊變得至關重要。此外，控制器還應從電機接收最新的關節狀態(位置、速度、力)資訊，從而能夠驗證軌跡執行情況。然後剩下的最後一項挑戰是實際生成軌跡並將其發送給電機驅動器。

為了滿足這些要求，ROS(機器人作業系統)框架為我們提供了ROS-control和ROS-Moveit等多款工具。ROS (機器人作業系統)是一種軟件框架，實施了最先進的演算法和工具，能夠以最低的工作量簡化機器人硬件和軟件開發。

控制關節作動器的方法可能有多種，例如指定關節位置、關節速度或關節作用力，完全依賴於套用所需的控制水平。由於速度和扭矩控制環路等所有低階處理都是在驅動硬件內執行的，如果關節位置直接用於命令執行器，事情就變得比較簡單。但是，如果使用關節或關節作用力命令執行器，那麽就必須透過執行命令器材上的控制環路來生成位置介面，在我們的例子中為執行ROS control例項的linux機器。

ROS-control是一個ROS package，能夠與以上所述的多種硬件例項對接。為了實作以上目的，ROS-control提供對控制環路實作的抽象表示，從而可以控制任意電機或執行器，而不必考慮其硬件介面。

根據官方檔，ROS-control可原生支持4種類別的硬件介面：

1.關節命令介面

2.關節狀態介面

從圖中可以看出，ROS control使用記憶體位元置與執行器及電機通訊。例如，如果必須使用位置介面命令電機，ROS control只需在記憶體位元置「pos_cmd_」寫入位置要求值，該值將被透過電機的通訊介面傳輸到電機。以帶有Landungsbrücke的TMC4671評估套件為例，這些介面可以是RS232、USB串口或RN171XV/RN42XV無線模組。類似地，對於速度和作用力介面，要求值也被寫入到預先定義的相應記憶體位元置。現在，剩下的問題是，如何從電機讀取關節狀態。與關節命令介面類似，關節值被讀入到記憶體位元置「pos_」、「vel_」和「eff_」。現在，只需以一定的間隔更新這些記憶體位元置，即可命令和讀取關節介面。利用以下的程式碼片段很容易解釋這一過程：

class trinamic: public hardware_interface::RobotHW{ public: trinamic(); void read(); void write();};

這裏，可利用建構函式初始化，比如，通訊介面(在我們使用Landungsbrücke的實作中為串口)。更進一步，在迴圈中定期呼叫trinamic::read()和trinamic::write()函數，從而以固定間隔更新記憶體位元置。

硬件介面啟動並執行後，我們可以生成許多控制器之一，例如position_controllers、velocity_controllers、joint_state_controller、joint_trajectory_controller。這些控制器僅僅是硬件介面作為ROS topics的抽象表示。如上所述，這裏可以使用速度關節介面啟動position_controller，使控制環路在主機上執行。此外，joint_trajectory_controller相容所有類別的關節命令介面。值得註意的是，我們應始終檢查沖突，確保沒有兩個控制器同時存取相同的硬件介面。

得益於TMCL API，利用Landungsbrücke可以毫不費力地建立ROS和TMC4671之間的通訊。如上所述，透過USB串口建立通訊，支持命令位置(因為我們正在建立硬件介面)和傳輸關節位置。Landungsbrücke接收到該命令位置後，透過SPI將該值寫入到寄存器0x68, PID_POSITION_TARGET。此外，從寄存器0x6B, PID_POSITION_ACTUAL獲取當前位置並透過USB串口傳輸。由於所有這些值都是32位元有符號整數，數據被編組為4個單字節無符號整數進行發送和接收。