双臂机器人Moveit2轨迹规划
目录
1.节点图
2. 网络层通信 (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信，具体通信架构看下图：
ursim配置
3.控制系统通信架构
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
目前现有架构
目前市面上现有的多数机器人也支持ROS，方案上一般采用ROS与机器人控制器分离的方式，由控制器提供周期通信接口（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信接口封装的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）通信频率受限于机器人控制器提供的通信频率，如：ABB、KUKA最高250hz、URe系列最高500hz、franka最高1khz(存在丢包情况)；
（2）PC机需要一定的实时性，难以保证与机器人控制器可靠的实时通信；
（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不便。
（4）商用机器人提供的周期通信接口的数据经过二次插补、平滑滤波等操作，机器人执行的数据与期望数据存在偏差，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，本系统将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)，无需网络通信，充分保证ROS驱动包的实时性。
ROS驱动包与控制器一般都是一定频率下的同步通信，驱动包下沉后才能满足高频的同步通信需求。
以太网作为通用网络通信协议，难以满足高频通信的要求，而驱动包下沉控制器后，节点(进程)之间可以通过共享内存或消息通信的方式实现快速通信。
本系统采用ROS主从机的方式，机器人控制器作为ROS主机，运行ROS的实时节点；PC机作为ROS从机，运行ROS的非实时节点；ROS主从机之间采用用ROS topic实现便捷通信。由于本ROS驱动包与机器人控制系统深入融合，可实现1khz及以上通信频率的可靠驱动，且数据无二次处理，最大限度的保证期望数据的真实，可以实现高频多轴数据同步。
同时ROS实时节点运行于机器人控制器中采用内存通信，非实时节点运行于PC机中，即提高了ROS的通信实时性，又降低了PC机的实时性要求。另外借助通用机器人控制器的多机、多构型控制能力，在不改变ROS驱动及使用方式的情况下，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信协议，用于构建局域网 (LAN)。以太网主要用于企业、家庭网络和数据中心，支持设备间数据传输。
EtherCAT:
是基于以太网的实时工业现场总线协议，由Beckhoff开发。它针对工业自动化场景进行了优化，适合高性能、低延迟的控制应用。
| 协议 | 以太网 (Ethernet) | EtherCAT |
| 实时性 | 一般 | 强实时性 |
| 效率 | 较低 | 高效 |
| 拓扑结构 | 星型、树型 | 线型、环型、树型 |
| 应用场景 | 普通网络 | 工业自动化 |
| 容错能力 | 一般 | 高容错性 |
实时性
-
以太网:
标准以太网协议（如TCP/IP）设计时更注重通用性，实时性能有限。数据帧会通过交换机或路由器转发，可能引入不可预测的延迟。 -
EtherCAT:
具有极强的实时性。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（甚至小于100µs），非常适合需要高精度、实时控制的应用。
数据传输效率
-
以太网:
每个数据包都会有额外的开销（如TCP/IP头部），在小数据量传输中效率较低。 -
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，提升了效率。
网络拓扑
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以太网:
通常使用星形或树形拓扑，设备通过交换机互联，复杂度和成本随节点数增加。 -
EtherCAT:
支持多种拓扑结构，包括线型、环型和树型。线型拓扑是最常见的，布线简单，节点数多时仍然保持高性能。
成本与复杂度
-
以太网:
通用硬件（如标准网卡和交换机）即可部署，成本低，但缺乏实时控制功能。 -
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，但适合工业场景。
应用场景
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以太网:
适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:
主要应用于工业自动化控制领域，如机器人控制、运动控制系统、数控机床等，需要高精度、低延迟的实时通信。
可靠性与容错能力
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以太网:
依赖于交换机和路由器的可靠性，出现故障时可能影响网络部分或整体。 -
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，网络通信也能继续。