在ROS上使用ModBus/Tcp协议控制机械手爪

机械臂的控制原本使用的就是ROS进行的，奈何实验室机械臂上买的机械二指夹爪并不支持ROS平台，及没有对应的模型文件和控制的包，因此控制机械手爪就需要其他办法。

所使用的机械手爪为nGripper90，如下图所示，查看手爪的用户手册发现，其配套包括ModBus/Tcp、UR Ethernet/IP和I/O控制三种方式，那么在ROS中可以选择使用ModBus/Tcp协议对齐进行简单的控制。

咨询过机械手爪厂家的技术人员后，给出了modbus/tcp控制机械手爪需要操作的寄存器，那就是nUC-S_CB4.0中的3006-3008三个寄存器，其中3006控制机械手爪的位置，内容为0-4095，其中0代表机械手抓闭合，4095代表手爪张开到最大程度；3007为机械手爪的速度，范围是0-1000，默认值是885；力的大小范围是0-1000，默认值为1000。简单的抓取只要向3006地址写位置就行。

首先需要在ROS中安装基本的modbus支持：

sudo apt-get install python-pymodbus

sudo apt-get install python-pyasn1 python-twisted-conch

接着在ROS上可以找到一个将modbus协议与ros标准通信方式进行转换的包，可以在ROS wiki上找到这个网页（点击这里），打开自己的工作空间进行下载编译：

cd catkin_ws/src

git clone https://github.com/HumaRobotics/modbus.git

cd ..

catkin_make

首先将机械手爪设置为modbus/tcp的服务端，打开下载文件夹modbus/modbus_client.py文件，此为modbus的客户端：

import rospy
from modbus.modbus_wrapper_client import ModbusWrapperClient
from std_msgs.msg import Int32MultiArray as HoldingRegisterNUM_REGISTERS = 20
ADDRESS_READ_START = 40000
ADDRESS_WRITE_START = 40020if __name__=="__main__":rospy.init_node("modbus_client")rospy.loginfo("""This file shows the usage of the Modbus Wrapper Client.To see the read registers of the modbus server use: rostopic echo /modbus_wrapper/inputTo see sent something to the modbus use a publisher on the topic /modbus_wrapper/outputThis file contains a sample publisher.""")host = "192.168.0.123"port = 502if rospy.has_param("~ip"):host =  rospy.get_param("~ip")else:rospy.loginfo("For not using the default IP %s, add an arg e.g.: '_ip:=\"192.168.0.199\"'",host)if rospy.has_param("~port"):port =  rospy.get_param("~port")else:rospy.loginfo("For not using the default port %d, add an arg e.g.: '_port:=1234'",port)# setup modbus client    modclient = ModbusWrapperClient(host,port=port,rate=50,reset_registers=False,sub_topic="modbus_wrapper/output",pub_topic="modbus_wrapper/input")modclient.setReadingRegisters(ADDRESS_READ_START,NUM_REGISTERS)modclient.setWritingRegisters(ADDRESS_WRITE_START,NUM_REGISTERS)rospy.loginfo("Setup complete")# start listening to modbus and publish changes to the rostopicmodclient.startListening()rospy.loginfo("Listener started")################## Example 1# Sets an individual register using the python interface, which can automatically be reset, if a timeout is given.register = 40020value = 1timeout = 0.5modclient.setOutput(register,value,timeout)rospy.loginfo("Set and individual output")################################### Example 2# Create a listener that show us a message if anything on the readable modbus registers changerospy.loginfo("All done. Listening to inputs... Terminate by Ctrl+c")def showUpdatedRegisters(msg):rospy.loginfo("Modbus server registers have been updated: %s",str(msg.data))sub = rospy.Subscriber("modbus_wrapper/input",HoldingRegister,showUpdatedRegisters,queue_size=500)################################### Example 3# writing to modbus registers using a standard ros publisherpub = rospy.Publisher("modbus_wrapper/output",HoldingRegister,queue_size=500)output = HoldingRegister()output.data = xrange(20,40)output2 = HoldingRegister()output2.data = xrange(40,20,-1)rospy.loginfo("Sending arrays to the modbus server")while not rospy.is_shutdown():rospy.sleep(1)pub.publish(output)rospy.sleep(1)pub.publish(output2)################## Stops the listener on the modbusmodclient.stopListening()

因为控制机械手爪这里只需要对3006单个寄存器进行写寄存器操作，因此将上面程序进行删减：

import rospy
from modbus.modbus_wrapper_client import ModbusWrapperClient
from std_msgs.msg import Int32MultiArray as HoldingRegisterNUM_REGISTERS = 1
ADDRESS_WRITE_START = 3006if __name__=="__main__":rospy.init_node("modbus_client")host = "192.168.1.110"port = 502# setup modbus client    modclient = ModbusWrapperClient(host,port=port,rate=50,reset_registers=False,sub_topic="modbus_wrapper/output",pub_topic="modbus_wrapper/input")modclient.setWritingRegisters(ADDRESS_WRITE_START,NUM_REGISTERS)rospy.loginfo("Setup complete")register = 3006value = 0timeout = 0modclient.setOutput(register,value,timeout)rospy.loginfo("Set and individual output")

使用modbus poll和modbus slave可以进行modbus模拟通信，发现该程序可以更改modbus slave中的数据，但是实际测试机械臂的手爪并不可以。使用modbus poll可以控制机械手爪，查看报文内容如下：

01 1A 00 00 00 06 01 06 0B BE 0F FF

而使用ROS发送给 modbus slave的报文内容无法直接查看，可以通过Wireshark进行抓包，查看报文内容，以下为抓取到的报文内容：

可以看出该段程序所产生的报文所使用的功能码为16：写多个寄存器，而我是写单个寄存器，通过分析 modbus_wrapper_client以及prmodbus，发现需要将程序这样简单修改即可：

import rospy
from modbus.modbus_wrapper_client import ModbusWrapperClient
from pymodbus.client.sync import ModbusTcpClientif __name__=="__main__":rospy.init_node("modbus_client")host = "192.168.1.110"port = 502# setup modbus client    modclient = ModbusWrapperClient(host,port=port,rate=50,reset_registers=False,sub_topic="modbus_wrapper/output",pub_topic="modbus_wrapper/input")#3006为地址，0为写入的内容modclient.client.write_register(3006,0)rospy.loginfo("Setup complete")

运行方法：

roscore

rosrun modbus modbus_client.py

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