kobuki通信协议.docx

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kobuki通信协议

附录：

协议说明

综述

Kobuki驱动程序与机器人通过预先设定好的协议进行通信。

通常，驱动会发送指令给机器人，并且得到机器人的反馈数据或传感器消息。

这些命令和反馈数据被转换为bytestream通过串口通信。

通信协议规定了bytestream的规则和形式。

一、流组成

一个bytestream可以分为四个部分：

headers，length，payload和checksum。

名字

Header0

Header1

Length

Payload

Checksum

大小

1字节

1字节

1字节

N字节

1字节

说明

0xAA

0x55

有效信息的字节数

有效信息

1、header

Header包括两个字节，header0和header1，它们是kobuki驱动命令和机器人反馈数据bytestream的固定值。

Headers用来检测bytestream的开始，相当于起始位。

2、length

Length表示一个bytestream中所包含的有效信息的长度。

Length占一个字节，它可以用来区别不同的bytestream，最小值为3。

3、payload

Payload中包涵了bytestream的中的实际数据即有效信息。

3.1payload

Payload有一些sub-payload组成。

Payload

Sub-payload0

Sub-payload1

Sub-payload2

…

Sub-payloadN-1

3.2sub-payload组成

sub-payload可以分为三部分：

header，length和data.

名字

Header

Length

Data

大小

1字节

1字节

N字节

说明

预定义的标识符

Data的字节位数

下面描述

4、checksum

Checksum是整个bytestream中出来headers外的异或值。

Checksum过程确保了bytestream的完整性。

下面是它的一段代码：

unsignedintpacket_size（buffer.size（））;

unsignedcharcs（0）;

for（unsignedinti=2;i

{

cs^=buffer[i];

}

returncs?

false:

true;

5、完整的bytestream

Headers

Length

Payload

Checksum

Header0

Header1

Sub-payload0

Sub-payload1

Sub-payload2

…

Sub-payloadN-1

以上表格显示了整个bytestream结构。

Payload的最小长度为3，payload中包含sub-payload，它的长度为1.

理论上这个数据包（bytestream）的最小长度为7.

二、数据类型

Sub-payload的数据字段是下面三种数据类型的混合：

byte，int和short。

名字

说明

字节长度

位长

数据范围

C/C++标识符

Unsignedbyte

8位无符号整型

1

8

0-255

Unsignedchar

Uint8_t

Unsignedshort

16位无符号整型

2

16

0-65535

Unsignedshort

Uint16_t

Unsignedint

32位无符号整型

4

32

0-4294967295

Unsignedint

Uint32_t

1、序列化—反序列化

序列化是将数据结构转化为bytestream的过程，反序列化是一个逆转过程。

每个数据类型都通过LSB-First order序列化和反序列化。

这就意味着有效字节中的最低位将最先进入bytestream。

例如，整形数据2,864,434,397（0xAABBCCDD）序列化后是：

0xDD

0xCC

0xBB

0xAA

所以，0xDD是最先进入bytestream的。

这里有kobuki_driver的模板函数来解决这个问题，buildVariable（）和buildBytes（）.

三、命令包

1、命令标识符

ID

Name

description

1

Basecontrol（底盘控制）

Controlwheelmotors（控制轮子电机）

2

Reserved

3

Sound（声音）

Playcustomsounds（播放定制声音）

4

Soundsequence（声音序列）

Playpredefinedsounds（播放预定义声音）

5

Reserved

6

Reserved

7

Reserved

8

Setpower（整机功率）

ControlexternalPowers（控制外部功率）

9

Requestextra（额外请求）

Requestextrainformations（请求额外信息）

10

Reserved

11

Reserved

12

Generalpurposeoutput（通用输出）

Controlgeneralpurposeoutput（控制通用输出）

2、底盘控制

通过控制轮子的电机来移动机器人。

机器人将按弧线行进，半径mm速度mm/s

Name

size

数值

十六进制数值

说明

Identifier

1

1

0x01

固定

Length

数据字段大小

1

4

0x04

固定

Data

速度

2

单位mm/s

半径

2

单位mm

3、声音

通过音符（note）和音长（duration）播放自定义声音

Name

size

数值

十六进制数值

说明

Identifier

1

3

0x03

fixed（固定）

Length

Sizeofdatafield

1

3

0x03

fixed（固定）

数据

note

2

duration

1

播放音符的音长按毫秒计

警告：

这个命令是在kobuki的固件上实现的，而不是在驱动软件上。

4、声音序列

按以下说明播放预先定义的声音

Name

size

value

Valueinhex

description

Identifier

1

4

0x04

fixed

Length

Sizeofdatafield

1

1

0x01

fixed

data

Sequencenumber

1

0forONsound

1forOFFsound

2forrechargesound

3forbuttonsound

4forerrorsound

5forcleaningstartsound

6forcleaningendsound

5、整机功率

外部功率：

3.3V,5V,12V1A,12V5A，它与外功率一样都是通用输出的一部分。

Name

size

value

Valueinhex

Description

Identifier

1

8

0x08

Fixed

Length

Sizeofdatafield

1

2

0x02

fixed

Data

Powercontrolflags

2

设置打开外部功率的标记符

0x01外部功率3.3Vch.

0x02外部功率5Vch.

0x04外部功率12V1Ach.

0x08外部功率12V5Ach.

警告：

这个命令是在kobuki的固件上实现的，而不是在驱动软件上。

也可以查看：

GeneralPurposeOutput

6、额外请求

从机器人请求额外的数据，尤其是kobuki的版本信息：

硬件版本，固件版本，和UniqueDeivceIdentifier（UDID）,UDID是独一无二的设备，因此可以用来识别多个机器人。

Name

size

value

Valueinhex

description

identifier

1

9

0x09

Fixed

Length

Sizeofdatafield

1

2

0x02

Fixed

data

Requestflags

2

Settheflagstorequestextradata

0x01硬件版本

0x02固件版本

0x08设备ID

也可以查看：

HardwareVersion FirmwareVersion, UniqueDeviceIDentifier（UDID）

7、通用输出

这条命令包含多个对象，它控制LEDs，数字输出和外部功率

Name

size

value

Valueinhex

description

Identifier

1

12

0x0C

Fixed

Length

Sizeofdatafield

1

2

0x02

Fixed

data

数字输出flags

2

Settheflagstosethighonoutputpinsofexpansionport

为设置高压输出插脚的扩展端口，设置如下标识符：

0x0001数字输出ch.0

0x0002数字输出ch.1

0x0004数字输出ch.2

0x0008数字输出ch.3

Settheflagstoturnonenternalpowers

打来外部功率时，设置如下标识符：

0x0010外部功率3.3Vch.

0x0020外部功率5Vch.

0x0040外部功率12V1Ach.

0x0080外部功率12V5Ach.

SettheflagstoturnonLEDs

打开LED时，设置如下标识符：

0x0100LED1红色

0x0200LED1绿色

0x0400LED2红色

0x0800LED2绿色

也可以查看：

Setpower

四、反馈包

反馈标识符

机器人启动后，kobuki以50Hz的频率发送以下默认反馈。

ID

Name

description

availability

1

Basicsensordata

（传感器数据）

Basiccoresensordata

（基本核心传感器数据）

Bydefault（默认）

2

Reserved

3

DockingIR（对接红外）

Signalfromdockingstation

Bydefault

4

Inertialsensor

（惯性传感器）

Gyrodatabothangleandangularvelocity

（陀螺仪数据：

角度和角速度）

Bydefault

5

Cliff（防跌落）

PSDdatafacingfloor（）

Bydefault

6

Current（电流）

Currentofwheelmotors（轮子电机电流）

Bydefault

7

Reserved

8

Reserved

9

Reserved

10

Hardwareversion

（硬件版本）

Versionnumberofkobukihardware

（kobuki的硬件版本号）

Onrequest（按要求）

11

Firmwareversion

（固件版本）

Versionnumberofkobukifirmware

（kobuki的固件版本号）

Onrequest

12

Reserved

13

Rawdataof3-axisgyro

（3轴陀螺仪原始数据）

RawADCdataofdigital3-axisgyro

（3轴陀螺仪的原始模数转换（ADC）数据）

Bydefault

14

Reserved

15

Reserved

16

Generalpurposeinput

（通用输入）

Inputsfrom25-pinexpansionport

（25针扩展端口输入）

Bydefault

17

Reserved

18

Reserved

19

Uniquedeviceidentifier（UDID）

Uniquenumbertoidentifyrobot

（同过一个唯一的数字来识别或者辨别机器人）

Bydefault（默认值）

20

Reserved

1、基本传感器数据

基本的核心传感器的数据

Name

size

value

Valueinhex

description

Feedbackidentifier

（反馈标识符）

1

1

0x01

Fixed

Length

Sizeofdatafield

（数据字段大小）

1

15

0x0F

Fixed

Data

Timestamp

（时间戳/时间标记）

2

内部生成以毫秒为单位的时间戳：

它从0到65535循环

Bumper（减震器）

1

当减震器被碰到时，设置了如下标识符：

0x01：

右侧减震器

0x02：

中心减震器

0x04：

左侧减震器

Wheeldrop

（轮跌落）

1

当车轮掉下时，设置了如下标识符：

0x01：

右车轮

0x02：

左车轮

Cliff（防跌落）

1

当悬崖被检测到时，设置了如下标识符：

0x01：

右侧防跌落传感器

0x02：

中心防跌落传感器

0x04：

左侧防跌落传感器

Leftencoder

（左轮编码器）

2

左，右车轮编码器数据累积，这个值的增加意味着前进的方向，它从0到65535循环。

Rightencoder

（右轮编码器）

2

LeftPWM

（左侧脉宽调制）

1

PWM主要是应用于左右车轮的电机（马达）。

为了正确的表达，这个数据应该被转换为有符号的数据类型。

负号表示方向向后。

RightPWM

（右侧脉宽调制）

1

Button（按钮）

1

当按按钮时，设置如下标识符：

0x01：

按钮0

0x02：

按钮1

0x04：

按钮2

Charge（充电）

1

0：

不充电状态

2：

对接充电状态（charged）

6：

对接充电状态（charging）

18：

适配器充电状态（charged）

22：

适配器充电状态（charging）

Battery（电池）

1

电压0.1V的电池，完全充电时电压16.7V

Overcurrentflags

（过电流标志）

1

检测到过电流时，设置如下标识符：

0x01：

左车轮

0x02：

右车轮

注意：

sub-payload将默认发送。

2、对接红外

信号扩展坞

Name

size

value

Valueinhex

description

Identifier

1

3

0x03

Fixed

Length

Sizeofdatafield

（数据段大小）

1

3

0x03

Fixed

data

Rightsignal

1

检测到信号时，设置如下标识符：

0x01：

接近左边

0x02：

接近中心

0x04：

接近右边

0x08：

远离中心

0x010：

远离左边

0x020：

远离右边

Centralsignal

1

Leftsignal

1

Kobuki的对接站，有3个红外发射器，发射红外线灯覆盖了对接站前方的三个区域：

左，中间，右，每一个区域又分为两个子字段：

近和远。

由于将这些信息进行编码，机器人随时都能知道它所处的区域和子字段。

由于区域和子字段能够被独立的识别，所以他们的边界可以是重叠的。

3、惯性传感器数据

惯性传感器数据，只有1轴陀螺仪数据可用。

Name

size

value

Valueinhex

Description

Identifier

1

4

0x04

Fixed

Length

Sizeofdatafield

1

7

0x07

Fixed

Data

Angle（角度）

2

Factorycalibrated（工厂校准）

Anglerate（角速率）

2

Factorycalibrated（工厂校准）

Unused

1

Unused

1

Unused

1

注意：

sub-payload将默认发送。

4、防跌落传感器数据

Sub-payload提供了PSD的ADC数据，当机器人在路面是行走过程中遇到台阶或者地面存在高度差时。

这个值与传感器和地面之间的距离有关。

可以查看数据表获得更加详细的信息。

这个值也可以用于基本传感器数据方面的clifffield，kobuki以布尔类型进行处理。

Name

size

value

Valueinhex

Description

identifier

1

5

0x05

Fixed

Length

Sizeofdatafield

1

6

0x05

Fixed

Data

Rightcliffsensor

（右侧防跌落传感器）

2

每个PSD的ADC输出：

数据范围：

0-4095

距离范囲：

2-15m

距离是非线性的。

Centralcliffsensor

（中间防跌落传感器）

2

Leftcliffsensor

（左侧防跌落传感器）

2

注意：

sub-payload将默认发送。

也可以查看：

basicsensordata

5、电流

利用电流传感器读取车轮电机的电流

Name

size

value

Valueinhex

description

Identifier

1

6

0x06

Fixed

Length

Sizeofdatafield

1

2

0x02

Fixed

data

Leftmotor

2

10mA

Rightmotor

2

10mA

注意：

sub-payload将按请求发送

6、硬件版本

硬件版本信息是一种三联体形式的：

..

name

size

value

Valueinhex

Description

Identifier

1

10

0x0A

Fixed

Length

Sizeofdatafield

1

4

0x04

Fixed

data

Patch

1

Minor

1

Major

1

unused

1

0

0x00

fixed

注意：

sub-payload将发送请求。

也可以查看：

requestextra

7、固件版本

固件版本信息是一种三联体形式的：

..

name

size

value

Valueinhex

Description

Identifier

1

11

0x0B

Fixed

Length

Sizeofdatafield

1

4

0x04

Fixed

data

Patch

1

Minor

1

Major

1

unused

1

0

0x00

fixed

注意：

sub-payload将按请求发送

也可以查看：

requestextra

8、3d陀螺仪的原始数据

数字3d陀螺仪的原始ADC数据：

L3G4200D

由于采集率和更新率的差异，将得到2-3数据。

Digittodeg/sratiois0.00875,itcomesfromdatasheetof3dgyro.

数度比是0.00875，它来自3D陀螺仪的数据表。

name

size

value

Valueinhex

description

Identifier

1

13

0x0D

Fixed

Length

Sizeofdatafield

1

2+6N

Data

Frameid（帧标识符）

1

每个传感器读数可以通过帧标识符识别，它从0到255循环。

Followeddatalength

1

3N

Rawgyrodata0

（陀螺仪原始数据0）

x-axis

2

ADC输出每个轴的速率是0.00875度/s.

y-axis

2

z-axis

2

…

RawgyrodataN-1（陀螺仪原始数据N-1）

x-axis

2

y-axis

2

z-axis

2

注意：

sub-payload将默认发送。

警告：

3D陀螺仪传感器与机器人不匹配，z轴逆时针旋转90度，下面是转换关系：

constdoubledigit_to_dps=0.00875;

angular_velocity.x=-digit_to_dps*（short）raw_gyro_data.y;

angular_velocity.y=digit_to_dps*（short）raw_gyro_data.x;

angular_velocity.z=digit_to_dps*（short）raw_gyro_data.z;

9、通用输入

Name

size

value

Valueinhex

Description

Identifier

1

16

0x10

Fixed

length

Sizeofdatafield

1

16

0x10

Fixed

data

Digitalinput

数字输入

2

高电压