Modbus ROS2 Control

通用的 Modbus 末端执行器 ROS2 Control 硬件接口，支持多种使用 Modbus RTU 协议的末端执行器（夹爪等）。

架构设计

本包采用抽象基类 + 具体实现的设计模式，便于扩展支持不同的 Modbus 末端执行器协议：

ModbusGripperBase (抽象基类)
    ├── ChangingtekGripper (Changingtek 夹爪实现)
    └── [未来可扩展] OtherGripper (其他夹爪实现)

Build

• Install libmodbus-dev

  sudo apt-get install libmodbus-dev 

• Build the package

  cd ~/ros2_ws
  colcon build --packages-up-to modbus_ros2_control --symlink-install

代码结构

代码按功能模块组织在子文件夹中：

modbus_ros2_control/
├── communicator/          # Modbus 通信层
│   └── ModbusRtuCommunicator
├── grippers/              # 夹爪相关（基类和实现）
│   ├── ModbusGripperBase (抽象基类)
│   └── ChangingtekGripper (具体实现)
└── ModbusHardware         # ROS2 Control 硬件接口（入口点）

核心组件

1. communicator/ModbusRtuCommunicator - Modbus RTU 通信封装类

   • 封装 libmodbus 的底层通信
   • 提供统一的读写接口

2. grippers/ModbusGripperBase - 夹爪抽象基类

   • 定义统一的接口（初始化、读取、写入）
   • 提供 ROS2 Control 接口导出功能
   • 位置归一化（0.0=闭合，1.0=打开）

3. grippers/ChangingtekGripper - Changingtek 夹爪具体实现

   • 实现 Changingtek 特定的 Modbus 协议
   • 位置范围：0-9000（0=打开，9000=闭合）

4. hardware/ModbusHardware - ROS2 Control 硬件接口

   • 管理 Modbus 连接
   • 创建和初始化夹爪对象
   • 实现 ROS2 Control 生命周期

使用方法

1. 在 URDF 中配置

<ros2_control name="ModbusGripperSystem" type="system">
  <hardware>
    <plugin>modbus_ros2_control/ModbusHardware</plugin>
    <!-- 只需指定 gripper_type，其他参数会自动配置 -->
    <param name="gripper_type">changingtek</param>
    
    <!-- 如果需要覆盖默认值，可以显式指定 -->
    <!-- <param name="serial_port">/dev/ttyUSB1</param> -->
    <!-- <param name="slave_id">2</param> -->
  </hardware>
  
  <joint name="gripper_joint">
    <command_interface name="position"/>
    <state_interface name="position">
      <param name="initial_value">0.0</param>
    </state_interface>
    <state_interface name="velocity"/>
    <state_interface name="effort"/>
  </joint>
</ros2_control>

2. 配置参数说明

必需参数

• gripper_type: 夹爪类型（当前支持 "changingtek"）
  • 根据此参数会自动配置默认的 Modbus 参数

可选参数（会根据 gripper_type 自动设置默认值，可手动覆盖）

Changingtek 夹爪默认值：

• serial_port: /dev/ttyUSB0
• baudrate: 115200
• slave_id: 1
• parity: N（无校验）
• data_bits: 8
• stop_bits: 1

如果您的配置与默认值不同，可以在 URDF 中显式指定这些参数来覆盖默认值。

3. 位置单位

• ROS2 Control 接口：归一化值 0.0-1.0

  • 0.0 = 完全闭合
  • 1.0 = 完全打开

• Changingtek 协议：0-9000（单位：mm）

  • 0 = 完全打开
  • 9000 = 完全闭合

转换由 ChangingtekGripper 自动处理。

扩展支持新的夹爪

要添加新的 Modbus 夹爪支持，只需：

1. 创建新的夹爪类（继承 ModbusGripperBase）：

class NewGripper : public ModbusGripperBase {
public:
    bool initialize(ModbusRtuCommunicator* communicator,
                    const std::map<std::string, std::string>& params) override;
    bool readStatus() override;
    bool writeCommand() override;
    void shutdown() override;
};

2. 在 ModbusHardware::on_init() 中添加创建逻辑：

if (gripper_type_ == "new_gripper") {
    gripper_ = std::make_unique<NewGripper>(...);
}

3. 实现协议特定的读写逻辑

依赖

• libmodbus-dev - Modbus 通信库
• ROS2 Control 相关包

安装依赖

sudo apt-get install libmodbus-dev