前言

    本文介绍了复合机器人舵机模块的上位机使用与ROS发布话题控制舵机运动，舵机模块是复合机器人重要的组成部分。上位机软件的使用与ROS（Robot Operating System）的发布话题控制，为舵机模块提供了强大的控制能力。上位机软件是控制复合机器人舵机模块的重要工具。通过上位机，用户可以直观地设置舵机的运动参数，如角度、速度等。用户只需在上位机界面上输入相应的参数，即可实现对舵机的精确控制。同时，上位机软件还提供了实时监控功能，用户可以随时查看舵机的运动状态，确保机器人的正常运行。

    ROS也为复合机器人舵机模块的控制提供了强大的支持。ROS作为一种开源的机器人操作系统，为机器人开发者提供了丰富的工具和库。通过ROS的发布话题机制，开发者可以将舵机的控制指令发布到ROS网络中，机器人接收到控制指令后，会驱动舵机进行相应的运动，从而实现对舵机的控制。这种方式不仅提高了控制的灵活性，还使得多个舵机模块能够协同工作，实现更复杂的机器人动作。

一、产品介绍

1.1产品参数

1.1.1主控板

舵机主控板采用幻尔的串行总线舵机控制板，主控板有以下优点：

1、CPU 采用高性能的 STM32 单片机，高精度控制舵机运动，速度可调。

2、支持手动编程，可无需上位机设置即可快速给舵机设置角度，实现快速编程。

3、接线简单，控制板只有正负极两路电源接口。

4、低压报警功能，电压低于 5.6V 后，蜂鸣器会发出“嘀嘀”的声音。

5、开关内置，使用方便。

6、支持在线调试，无需安装驱动。

7、支持串口通信，控制器可跟别的单片机进行连接，通过别的单片机可向控制板发送指令。

图1 串行总线舵机主控板

1.1.2总线舵机

    本模块采用的是串行总线舵机，实物如下图所示。相比于PWM舵机，总线舵机具有更高的控制精度和更快的响应速度。总线舵机采用串口的形式发送指令，使舵机按照既定的速度目标位置执行工作。总线舵机可以方便地串联在一起，通过一个控制板就可以实现对多个舵机的统一控制。就是说一个舵机串一个舵机，最后接到控制板。每个舵机有分配ID，类似身份标识，只有接收到对应的ID号和指令，才会做出执行。如发送的是ID：1的指令，标识为ID:1的舵机才会响应并做出执行指令。这种设计不仅简化了线路连接，还提高了系统的可扩展性。

    总线舵机是具备闭环反馈功能的，其内置的控制板聚集了电压、速度、温度、位置、电流、负载的传感器。这些数据可以实时反馈给控制板做监测，当扭力超过设定的百分比或者输入的电压超过了多少V或者温度超过多少度或者电流超过多少A时，舵机将采取设定的方式停止运行或者卸力等待。所有的参数均可在上位机做出相应的设定。除此之外，舵机还可以对运行的角度，波特率，工作模式（如电机模式，连续旋转的）进行设置。这些设置选项使得总线舵机能够适应各种不同的应用场景和需求。

 

1.2总线舵机通信协议

    舵机通信协议参考附件

1.3复合产品介绍

    在单臂复合机器人、双臂复合机器人、双臂升降机器人头部安装了舵机，通过 USB 接口与主控模块实现通讯。

图3 单臂复合机器人

图4 双臂复合机器人

图5 双臂升降机器人

二、总线舵机

2.1上位机介绍与使用

    通用总线舵机上位软件 Bus Servo Control，软件界面简洁明了、操作简单、设置便捷等诸多优点，是一款优秀的工具软件。

 

2.1.1上位机功能介绍

    Bus Servo Control 上位软件一共拥有四个操作界面，分别是通用模式界面、六足模式界面、人形模式界面、舵机调试工具界面。通用模式界面主要是对通用舵机动作进行编辑和下载；六足模式界面是六足机器人动作进行编辑和下载；人形模式是应用于人形机器人动作编辑和下载；舵机调试界面主要是单个舵机参数设置与动作组进行下载。上位机主要是用来设置舵机的ID和舵机转动的角度范围。一般机器人出厂时，都设置好了舵机的ID和舵机转动角度范围，非必要时，用户不要轻易更改。通用模式界面布局：

图7 通用模式界面

舵机调试界面布局：

图8 舵机调试工具界面

    在舵机参数设置区，可以设置舵机ID号、角度范围、供电电压范围、温度范围、控制板LED的开关及LED报警。在右侧能够实时显示当前电压、当前温度、当前位置。当然，也可以导入预设定的舵机动作等。

2.2硬件连接

    (1)将电源对接线插入控制器的电源接口（红线插入+，黑线插入—），使用螺丝刀将接口扭紧(供电电压6V-12V)。

    

图9 控制板与电源接线图

    (2)将锂电池(或者可调直流电压源)黑色端口直接插入电池对接线。 

图10 控制板与电源接线图

    (3)如需断开锂电池，可轻轻按下对接线的凸槽，将锂电池取出。（切勿直接硬拔）

图11 电源接线示意图

    (4)给舵机设置 ID 编号时，我们需要将要设置的舵机单独连接至串行总线控制板进行设置（设置 ID 时，控制板只能连接 1 个舵机），将充满电的锂电池通过连接线连接至舵机控制板。再将控制板通过 USB 线连接至电脑上，开关由“OFF”推动到“ON”，打开控制板即可。连接图如下：

图12 舵机整体接线

若舵机连接成功，上位机页面如下图：

图13 上位机页面

2.3舵机ID更改

    一般复合产品舵机模块都是使用2个舵机进行配合的。因此我们需要先给逐一给舵机设置 ID 编号，才能保证动作组能顺利运行。

    1)连接好舵机之后，打开上位机软件，在菜单模式选则处选择舵机调试工具选项卡进入到舵机调试界面。进入界面是会弹出一个提示窗口，选择“确定”即可。

图14 舵机设置页面

    2)我们在舵机参数设置区，将我们需要设置的 ID 号填入 ID 框，点击下方的设置按钮即可。我们分别设置两个舵机的ID为1和2。更改完舵机ID点击“设置”，即可完成设置舵机ID。

    3)如果我们想查看当前舵机的 ID 号，那么可以通过按钮进行读取。读取成功后会在ID 框显示对应的舵机 ID，并在状态区和参数设置区将舵机的其它参数反馈在软件界面中。

图15 读取舵机信息

2.4舵机转动角度设置

    舵机上位机软件可设置舵机的运动范围为0到1000，舵机角度范围是240°，240/1000 = 0.24，例如，舵机转动到 120°，对应换算：120/0.24 = 500，所以ID为1舵机角度范围为96°至 144°，将ID为1舵机的角度范围设置为400至600，点击“设置”即可。

图16 舵机1角度范围设置

    ID为2舵机角度范围为48°至 192°，将ID为2舵机的角度范围设置为200至800，点击“设置”即可。

图17 舵机2角度范围设置

    在复合机器人头部舵机安装如图所示，上方舵机ID为1，下方舵机ID为2

图18 复合机器人舵机安装示意图

2.5上位机控制舵机

    设置好舵机ID和角度范围后，将舵机1和2串联起来，并进入通用界面。由于设置好了舵机1的角度范围在400- 600，舵机2的角度范围在200- 800，拖动舵机1和2的滑块，舵机1和2在预定的角度范围转动。

图19 舵机通用模式

三、ROS控制舵机

3.1通过ROS的Message控制舵机运动

通过ROS控制舵机代码如下：

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

serial::Serial ros_ser;

#define	sBUFFERSIZE	10//send buffer size 串口发送缓存长度

unsigned char s_buffer[sBUFFERSIZE];//发送缓存

//舵机转动控制回调函数

void callback_servoMove(const dual_arm_msgs::Servo_Move& msg){

    //  cmd_to_serial(msg);

    //  cmd_servo_move(msg.servo_id,msg.angle);

    memset(s_buffer,0,sizeof(s_buffer));

     s_buffer[0]=0x55;

}

//读取舵机角度位置值回调函数

void callback_servoGetAngle(const dual_arm_msgs::Servo_GetAngle& msg){

    //  cmd_to_serial(msg);

    //  cmd_servo_move(msg.servo_id,msg.angle);

    memset(s_buffer,0,sizeof(s_buffer));

     s_buffer[0]=0x55;

     s_buffer[1]=0x55;

     s_buffer[2]=0x04;

     s_buffer[3]=0x15;

     s_buffer[4]=0x01;

     s_buffer[5]=msg.servo_id;  //舵机ID

    //  data_to_serial(s_buffer, 10);

    ros_ser.write(s_buffer, 6);

    ROS_INFO_STREAM("Get Servo Angle");

 }

int main (int argc, char** argv){

     ros::init(argc, argv, "my_serial_node");

     ros::NodeHandle n;

     //订阅控制舵机转动主题

     ros::Subscriber sub_servo_move = n.subscribe("/servo_control/move", 1000, callback_servoMove);

     //订阅获取舵机角度位置的主题

     ros::Subscriber sub_servo_getAngle = n.subscribe("/servo_control/get_angle", 1000, callback_servoGetAngle);

     //发布主题:舵机状态

      ros::Publisher pub_servo_state = n.advertise("/servo_state", 1000);

     try

     {

         ros_ser.setPort("/dev/duoji");

         ros_ser.setBaudrate(9600);

         serial::Timeout to = serial::Timeout::simpleTimeout(1000);

         ros_ser.setTimeout(to);

         ros_ser.open();

     }

     catch (serial::IOException& e)

     {

         ROS_ERROR_STREAM("Unable to open port ");

         return -1;

     }

     if(ros_ser.isOpen()){

         ROS_INFO_STREAM("Serial Port opened");

     }else{

         return -1;

  }

     ros::Rate loop_rate(10);

     while(ros::ok()){

         ros::spinOnce();

        //获取缓冲区内的字节数

        size_t n = ros_ser.available();

        if(n!=0)

        {

            uint8_t buffer[1024];

            //读出数据

            n = ros_ser.read(buffer, n);

            ROS_INFO_STREAM("Reading from serial port");

for(int i=0; i<n; i++)="" <="" pre="">

            {

                //16进制的方式打印到屏幕

                std::cout << std::hex << (buffer[i] & 0xff) << " ";

            }

            std::cout << std::endl;

        }

        //  if(ros_ser.available()){

        //      ROS_INFO_STREAM("Reading from serial port");

        //      std_msgs::String serial_data;

        //      //获取串口数据

        //      serial_data.data = ros_ser.read(ros_ser.available());

        //      ROS_INFO_STREAM("Read: " << serial_data.data);

        //      //将串口数据发布到主题sensor

        //     //  pub_servo_state.publish(serial_data);

        //  }

         loop_rate.sleep();

     }

     ros_ser.close();

编写好代码以后，首先打开一个终端，开启roscore，再开启一个终端，运行rosrun servo_control servo_controller

图20 rosrun指令

    此时，我们可以通过rostopic list查询到话题，可以查看到get_angle和move话题。

图21 rostopic list指令

    然后，我们可以发布get_angle话题获取舵机1的当前角度。开启一个终端，运行rostopic pub -1 /servo_control/get_angle dual_arm_msgs/Servo_GetAngle “servo_id: 1

图22 查询舵机1当前角度

    输入指令rostopic pub -1 /servo_control/get_angle dual_arm_msgs/Servo_GetAngle “servo_id: 2”，可查询到舵机2的当前角度。

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