Universal_Robots_ROS2_Driver实现UR机械臂仿真控制(3)-双臂驱动(节点图 ， ...

双臂机器人Moveit2轨迹规划
  
目次
1.节点图
2. 网络层通讯 (IP)架构
ursim配置
3.控制体系通讯架构
现在现有架构
新型架构
 Ethernet与EtherCAT对比
及时性
数据传输服从
网络拓扑
成本与复杂度
应用场景
可靠性与容错本领

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1.节点图

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2. 网络层通讯 (IP)架构

这里使用Docker compose实现同时运行两个ursim容器，实现宿主机与双臂容器通讯，具体通讯架构看下图：

ursim配置

 

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3.控制体系通讯架构

   本章节引用自知乎文章《通用机器人控制器ROS驱动包》，作者：韩冰
  现在现有架构

现在市面上现有的多数机器人也支持ROS，方案上一样平常采用ROS与机器人控制器分离的方式，由控制器提供周期通讯接口（如：ABB的egm、KUKA的RSI、UR的RTDE）,PC机上运行ROS并安装基于控制器提供的通讯接口封装的ROS驱动包，架构如下图所示：

 该方案虽然被多数商用机器人采用，但存在以下几方面问题：
（1）通讯频率受限于机器人控制器提供的通讯频率，如：ABB、KUKA最高250hz、URe系列最高500hz、franka最高1khz(存在丢包环境)；
（2）PC机需要一定的及时性，难以保证与机器人控制器可靠的及时通讯；
（3）不同品牌的机器人ROS驱动包配置、启动方式各不相同，不同品牌的多机扩展未便。
（4）商用机器人提供的周期通讯接口的数据经过二次插补、平滑滤波等操纵，机器人实行的数据与盼望数据存在弊端，难以保证高频多轴数据同步。
   由于商用机器人不允许用户对控制器二次开发，用户只能使用这种方式
  新型架构

不同于上述方案，本体系将ROS驱动包下沉到机器人的控制器中，且利用通用机器人提供的开发接口封装，数据直接内存交互(共享内存)，无需网络通讯，充分保证ROS驱动包的及时性。
   ROS驱动包与控制器一样平常都是一定频率下的同步通讯，驱动包下沉后才能满足高频的同步通讯需求。
  以太网作为通用网络通讯协议，难以满足高频通讯的要求，而驱动包下沉控制器后，节点(历程)之间可以通过共享内存或消息通讯的方式实现快速通讯。 
  本体系采用ROS主从机的方式，机器人控制器作为ROS主机，运行ROS的及时节点；PC机作为ROS从机，运行ROS的非及时节点；ROS主从机之间采用用ROS topic实现便捷通讯。由于本ROS驱动包与机器人控制体系深入融合，可实现1khz及以上通讯频率的可靠驱动，且数据无二次处理，最大限度的保证盼望数据的真实，可以实现高频多轴数据同步。
同时ROS及时节点运行于机器人控制器中采用内存通讯，非及时节点运行于PC机中，即提高了ROS的通讯及时性，又降低了PC机的及时性要求。另外借助通用机器人控制器的多机、多构型控制本领，在不改变ROS驱动及使用方式的环境下，可快速实现不同构型、不同数量机器人的控制。方案架构图如下：

 Ethernet与EtherCAT对比

以太网 (Ethernet):
是一种通用的网络通讯协议，用于构建局域网 (LAN)。以太网重要用于企业、家庭网络和数据中心，支持设备间数据传输。
EtherCAT:
是基于以太网的及时工业现场总线协议，由Beckhoff开发。它针对工业主动化场景进行了优化，得当高性能、低耽误的控制应用。

协议	以太网 (Ethernet)	EtherCAT
及时性	一样平常	强及时性
服从	较低	高效
拓扑布局	星型、树型	线型、环型、树型
应用场景	普通网络	工业主动化
容错本领	一样平常	高容错性

及时性

• 以太网:
  尺度以太网协议（如TCP/IP）计划时更注意通用性，及时性能有限。数据帧会通过互换机或路由器转发，可能引入不可预测的耽误。
  
• EtherCAT:
  具有极强的及时性。通过“主站-从站”模式，EtherCAT帧在一个循环中依次穿过从站设备，支持短周期时间（乃至小于100µs），非常得当需要高精度、及时控制的应用。
  

数据传输服从

• 以太网:
  每个数据包都会有额外的开销（如TCP/IP头部），在小数据量传输中服从较低。
  
• EtherCAT:
  将数据直接嵌入一个连续的帧中，从站设备只处理属于自己的部分，大幅减少了协议开销和时间浪费，提升了服从。
  

网络拓扑

• 以太网:
  通常使用星形或树形拓扑，设备通过互换机互联，复杂度和成本随节点数增加。
  
• EtherCAT:
  支持多种拓扑布局，包罗线型、环型和树型。线型拓扑是最常见的，布线简单，节点数多时仍旧保持高性能。
  

成本与复杂度

• 以太网:
  通用硬件（如尺度网卡和互换机）即可摆设，成本低，但缺乏及时控制功能。
  
• EtherCAT:
  需要专用的控制器（主站）和支持EtherCAT协议的从站设备。设备成本较高，配置复杂度较大，但得当工业场景。
  

应用场景

• 以太网:
  实用于普通数据传输场景，如办公网络、互联网接入、多媒体传输等。
  
• EtherCAT:
  重要应用于工业主动化控制范畴，如机器人控制、运动控制体系、数控机床等，需要高精度、低耽误的及时通讯。
  

可靠性与容错本领

• 以太网:
  依靠于互换机和路由器的可靠性，出现故障时可能影响网络部分或团体。
  
• EtherCAT:
  提供内置诊断功能，环型拓扑还支持冗余模式，即使某一节点或链路出现问题，网络通讯也能继续。
  

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