实现机器人操作系统——ADI Trinamic电机控制器ROS1驱动程序简介

  ：机器人操作系统(ROS)驱动程序基于ADI产品而开发，因此可直接在ROS生态系统中使用这一些产品。本文将概述如何在应用、产品和系统（例如，自主导航、安全气泡地图和数据收集机器人）中使用和集成这些驱动程序；以及这样将如何有助于迅速评估新技术，并防止与第三方产品的互操作性问题。在本文探讨的全部的产品中，将着重关注最近发布的用于ADI Trinamic™电机控制器的ROS驱动程序，该驱动程序是用于嵌入式运动控制的完整板级模块，融合ADI Trinamic运动控制专业相关知识，以及ADI的模拟工艺技术和电源设计技能。

  ROS是机器人中间件，包含一组软件库和强大的开发工具（从驱动程序到先进算法），可作为机器人系统或应用的开发基础。ROS涉及多领域（例如，消费电子、工业、汽车等），支持多个平台（Linux、Windows、MacOS和一些嵌入式平台），而且100%开源，并提供商业选项。得益于来自全球技术社区的专用资源，ROS可获得丰富的支持，从而帮助用户简化其设计和应用。

  ROS始于2007年，已成为无人驾驶汽车、工业机器人、飞行器等领域备受欢迎的机器人开发原型制作平台。经过持续不断的发展，该技术现在有两个版本：ROS1和ROS2。

  ROS1和ROS2系统必须相互隔离，但通过ROS桥，这两个系统之间可进行通信和交换数据。

  ROS Noetic是ROS1的最终版本，将于2025年5月终止支持，而ROS2自2020年6月推出以来，不断滚动更新发行版。

  ROS功能包是ROS程序或节点的主要组织系统。这是ROS中最核心的构建/发布项。创建ROS功能包时，请务必设置专用的ROS工作空间。该工作空间被称为catkin工作空间，其中catkin是ROS的官方构建系统。

  ROS节点是在ROS中创建的可执行程序。它们是执行特定任务的进程。ROS节点可使用ROS客户端库（如Python客户端库rospy和C++客户端库roscpp）相互通信。节点可以订阅和/或发布主题，也能够给大家提供或使用服务。3

  主题是数据通道，而消息是数据，采用与ROS兼容、适用于不同传感器的格式。

  ROS主题通过发送消息（主题发布者）或接收消息（主题订阅者）进行通信，并且一定要采用匹配的数据类型。

  发布者-订阅者通信模式是开放式模式，不适用于分布式系统中常常要的回复交互。4

  服务支持节点通过发送请求和接收响应进行通信。发布者-订阅者通信模式使用.srv文件，在这些文件中，指定了请求和响应的消息类型等服务描述。

  服务是双向同步通信模式，其中包含客户端与服务器。服务器节点提供服务，而客户端节点发送请求并等待服务器节点做出响应。

  例如，在图3中，server_node提供服务SetVelocity.srv以更改命令速度vel。该服务接受float32格式的速度值，并以字符串格式返回状态；如果设置了请求的速度，则为“success”；否则，为“FAIL”。

  ADI是ROS-Industrial联盟的正式成员，ROS-Industrial是一个开源项目，旨在将ROS软件的高级功能扩展到与工业相关的硬件与应用。5作为该技术社区的一份子，ADI最初的目标是面向工业领域开发专用模块。

  ADI针对不一样的专用模块开发了ROS驱动程序。为了展示所开发的驱动程序并利用ROS的功能，ADI公司开发了ADI自主移动机器人(ADAM)作为内部自主移动平台（参见图4）。

  ADAM由ROS提供支持，并搭载ROS支持的不同器件。该平台展示了ADI公司的ROS驱动程序如何集成到移动机器人应用中，特别是自主导航应用。

  图5所示为具有不一样模块的ADAM的简化硬件图。该ADAM主要连接以下器件：

  ■ ADIS16470或IMU传感器采用精密陀螺仪、加速度计、磁力计和压力传感器的多轴组合，这一些器件主要用作检测反馈，用于改善位置/方向估算。

  ■ ADBMS6948是一款多单元电池监控器，可测量多达16个串联连接的电芯，在整个温度范围内具有较高的测量精度。

  ■ EVAL-ADTF3175D-NXZ或CMOS ToF提供出色的高分辨率，与深度计算和处理、激光驱动器、电源管理以及具有参考固件/软件的开发工具相辅相成，可带来更多优势。

  ■ ADI是用于嵌入式运动控制的完整板级解决方案，融合ADITrinamic运动控制专业相关知识，以及ADI的模拟工艺技术和电源设计技能。1

  图6所示为ADAM的简化ROS架构，该ADAM使用ROS驱动程序和自主导航所需的多个应用/算法节点。IMU数据(/imu/data_raw)和ADI反馈(/tmc_info)用作姿态估算的输入，从而得到机器人的里程测量结果(/odom)。激光雷达数据(/scan)是用于生成地图的同步定位与地图绘制(SLAM)算法的主要输入；ToF数据(/image_raw)还可用作其他SLAM算法的输入。然后，move_base节点将等待用户发出任何目标姿态，并向ADI Trinamic电机控制器发送速度命令(/cmd_vel)，使机器人移动。

  名为TMCL-IDE的IDE可帮助用户开发应用并对这些模块轻松重新编程。该IDE使用TMCL实现独立操作，或使用标准化CANopen®协议，允许用户设置参数、实时对数据来进行可视化处理，并开发/调试独立应用。

  由于TMC使新型智能执行器成为可能，并且随着ROS日益普及，尤其是在机器人领域，我们针对这些模块开发了额外支持，如ROS驱动程序，从而进一步扩展制造业和工业自动化的用例。具体来说，预计这些ROS驱动程序将能够：

  TMC ROS驱动程序与TMCL-IDE提供的功能相似，但它能够让支持ROS的系统节点轻松使用这一些TMC，无需安装任何其他驱动程序。截至本文发表之时，该驱动程序仅支持CAN接口（特别是SocketCAN），其他接口正在开发中，很快也将提供支持。

  如图7所示，由于adi_tmcl使用大多数Linux系统默认支持的SocketCAN驱动程序，所以不需要任何额外的驱动程序。此外，adi_tmcl具有自己的TMCL协议解析器，因而能够理解用户请求的符合TMCL的发送/接收命令。作为最后一层，tmcl_ros_node以发布者、订阅者和服务的形式在ROS系统上提供直接接口。每种形式均提供特定的功能，这些功能可使用以下部分详细的介绍的一组参数进行配置。

  敬请关注下月《模拟对话》中的文章“掌控搭载ROS1驱动程序的Trinamic电机控制器”，文中将详细探讨这些特性，并举例说明怎么样去使用这些特性。

  利用ADI Trinamic电机控制器可实现新型智能执行器。随着ROS日益普及，尤其是在机器人领域，我们针对这些模块开发了额外支持，如ROS驱动程序，旨在进一步扩展制造业和工业自动化用例。

  ■ 敬请关注有关ADI Trinamic电机控制器ROS1驱动程序的文章，进一步探索相关信息

  ■ 敬请关注未来发表的有关用于ADI Trinamic电机控制器的ROS2的文章

  Krizelle Paulene Apostol是一名软件系统工程师，她所在的ADI公司菲律宾开发中心与智能运动和机器人部门展开合作。她于2019年12月加入ADI公司，工作地点位于菲律宾甲米地。她毕业于菲律宾信心学院，获计算机工程学士学位。她曾参与众多项目，专注于ROS、Gazebo仿真、固件开发、通信协议和算法开发等领域。

  Jamila“Jam”Aria Macagba是一名高级软件系统工程师，她所在的ADI公司菲律宾开发中心与智能运动和机器人部门展开合作。她于2018年7月加入ADI公司，工作地点位于菲律宾甲米地。她毕业于菲律宾大学洛斯巴洛斯分校，获电气工程学士学位。她主要负责ROS系统中的ROS驱动程序开发与集成工作。

  Maggie是一名软件系统模块设计工程经理，她所在的ADI公司菲律宾开发中心与工业运动和机器人部门展开合作。她于2019年4月加入ADI公司，工作地点位于菲律宾甲米地。她毕业于菲律宾大学洛斯巴洛斯分校（位于菲律宾拉古纳），获计算机科学学士学位。她目前在菲律宾工厂率领工程师小组，为工业机器人项目提供支持。从2009年至2010年，Maggie在惠普担任应用专家；从2010年至2013年，在Canon Information Technologies Phils., Inc.担任高级软件工程师；从2013年至2015年，在Ionics EMS, Inc.担任固件开发工程师；从2015年至2019年，在新加坡大陆汽车公司担任高级嵌入式软件工程师。