RoArm-M2-S ROS2 串口通信节点教程

本教程用于学习运行 RoArm-M2-S ROS2 串口通信节点来控制机械臂运动。

简介

在 ROS2 中，节点（Node）、话题（Topic）、订阅（Subscription）和发布（Publisher）是核心概念，用于实现分布式系统中的通信。ROS2 中的每个节点负责的是一个单一的、模块化的任务，每个节点都可以通过话题、服务等与其他节点发送和接收数据。

在我们 ROS2 的例程中，提供了两个 ROS2 包（packages），都位于 roarm_ws_em0/src 中，其中 roarm 是 URDF 模型相关的包，serial_ctrl 是串口通信节点相关的包。serial_ctrl 节点用于将 URDF 包发布的姿态信息通过串口发送给机械臂，从而控制机械臂动作，姿态信息指的是机械臂各个舵机的绝对角度度数。在本教程中，我们会介绍这个节点的程序结构，以及这个节点的工作原理。

代码介绍

串口通信节点的主程序位于 serial_ctrl 中，文件名称为 serial_ctrl_py.py，由 python 语言编写，本教程介绍这个文件中的代码。

import rclpy
from rclpy.node import Node
import array

from sensor_msgs.msg import JointState
from std_msgs.msg import Float64

import json
import serial

前三行为负责 ROS2 的 python 接口和节点类；

中间两行为姿态信息的数据格式；

最后两行为用于串口通信的库和用于编码解码 json 数据的库（串口通信采用 JSON 数据格式通信）。

ser = serial.Serial("/dev/ttyUSB0",115200)

实例化串口通信对象，我们这里使用的串口设备为 USB0(此处是数字0），如果你将此程序移植到了其它设备上，需要更改这里的设备以及波特率。

class MinimalSubscriber(Node):
    def __init__(self):
        super().__init__('serial_ctrl')
        
        self.position = []
        
        self.subscription = self.create_subscription(
            JointState,
            'joint_states',
            self.listener_callback,
            10)
        self.subscription  # prevent unused variable warning
    
    def posGet(self, radInput, direcInput, multiInput):
        if radInput == 0:
            return 2047
        else:
            getPos = int(2047 + (direcInput * radInput / 3.1415926 * 2048 * multiInput) + 0.5)
            return getPos
    
    def listener_callback(self, msg):
        a = msg.position
        data = json.dumps({'T':102,'base':a[0],'shoulder':a[1],'elbow':a[2],'hand':a[3]+3.1415926,'spd':0,'acc':0}) + "\n"
        ser.write(data.encode())
        print(data)

MinimalSubscriber 继承自 Node，用于定义一个 ROS2 节点；__init__(self) 中定义了节点的名称 serial_ctrl。

create_subscription()：表示创建一个订阅器，订阅器名为“joint_states”的 JointState 消息，回调函数为 listener_callback，消息的队列长度为

10；

posGet()函数：用于计算关节位置的函数，输入弧度制的角度、方向，以及减速比的参数后计算关节位置；

listener_callback()函数：订阅器的回调函数，当接收到 JointState 消息时被调用，从消息中获取弧度制的角度信息，并且将弧度制的角度信息转换成舵机的位置数据，将舵机的位置数据封装成JSON格式并通过串口发送给机械臂。

def main(args=None):
    rclpy.init(args=args)
    minimal_subscriber = MinimalSubscriber()

    rclpy.spin(minimal_subscriber)

    # Destroy the node explicitly
    # (optional - otherwise it will be done automatically
    # when the garbage collector destroys the node object)
    minimal_subscriber.destroy_node()
    rclpy.shutdown()

main()函数中，首先初始化 rclpy，再创建 MinimalPublisher 对象，rclpy.spin()表示进入循环，minimal_subscriber.destroy_node()表示节点被销毁。

运行串口通信节点

首先将机械臂接通电源，使用 USB 线将机械臂与电脑连接。连接后，回到虚拟机，点击“设备”>“USB”，选择自己电脑对应的接口连接，这样机械臂就会连接到虚拟机上了。

打开一个新的终端。

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0
如果这里报错，很可能就是您的虚拟机没有与机械臂相连接。
cd roarm_ws_em0
配置源文件
source install/setup.bash

启动rviz2，请在终端中输入以下命令：

ros2 launch roarm roarm.launch.py

rviz2窗口会出现，显示出这个机械臂的模型。

上述终端不用关闭，打开一个新的终端，运行以下命令：

cd roarm_ws_em0
source install/setup.bash

使用以下命令来运行串口通信节点，第一个serial_ctrl是roarm/src目录下的包，第二个是serial_ctrl包里面的serial_ctrl节点：

ros2 run serial_ctrl serial_ctrl

此时您应该打开了四个窗口，一个运行roarm.launch.py的终端窗口，一个运行serial_ctrl节点的终端窗口，一个rviz2中的机械臂模型窗口，一个控制面板窗口。调整这些窗口的位置，使您可以看到机械臂模型窗口，并且确保运行serial_ctrl节点的终端处于活动状态，接下来就可以通过拖拽控制面板的滑块来控制rviz2中的机械臂模型运动了，现实中的机械臂产品将跟着一起运动。

再次打开一个新的窗口，运行以下命令来查看所有正在运行的节点列表：

ros2 node list

可以看见系统中正在运行的节点的名称，使用ros2 node info <node_name>命令来获取有关节点的更多信息，它会返回一系列的订阅者、发布者、服务和动作信息。

我们这里查看串口通信节点/serial_ctrl的信息，请运行以下命令：

ros2 node info /serial_ctrl

输出会显示以下内容：

自此，我们可以通过运行串口通信节点来控制机械臂的运动了。

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