建立虚拟机Ubuntu中ROS与Windows10中ABB Robot Studio的通信连接

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序言

ABB Robot Studio可以非常轻松地建立ABB机械臂仿真环境，并且Rapid代码可以直接（ 只是理论上的）导入到ABB机械臂控制器，控制实际的机械臂 。而ROS系统则有着丰富的智能控制接口，可以让机械臂的程序设计变得异常简单(难度集中在建立连接还有通信部分了）。为了让ABB Robot Studio能够调用ROS机器人操作系统中的功能，让两者优势互补，就需要实现两者间的通信(敲黑板)。
实际应用中，只需要一台运行着Ubuntu系统的计算机通过网线接在ABB IRC5 机器人控制器的以太网接口上就行了。本文由于实验条件有限(没钱买ABB机械臂或者第二台电脑)，因此所有仿真工作全部在同一台电脑上完成。
接下来让我们按步骤实现ROS与ABB Robot Studio的连接和通信。

运行环境及软件版本

由于运行环境同时涉及了两个操作系统和多个软件，保不准其他运行环境会出现什么奇异现象，因此这里先声明一下我实验成功的配置：

	计算机配置
操作系统	Windows10 家庭中文版
内存(RAM)	16GB
处理器	Intel i7-8750H CPU2.20Hz

软件	版本	系统
VMware® Workstation 15 Pro	15.0.4 build-12990004	Windows10
ABB Robot Studio	6.08	Windows10
ROS	Melodic	Ubuntu18.04

VMware® Workstation 15 Pro15.0.4下载
ABB Robot Studio 6.08下载
ROS Melodic官方安装步骤

设置静态IP地址

Windows10静态IP地址设置

设置Windows10的静态IP地址是为了确定仿真机器人的IP地址。当使用实际机械臂时，直接通过控制器查看机械臂IP地址即可，该步骤跳过。

打开命令提示符输入

ipconfig

打开 控制面板\网络和 Internet\网络连接
由于我连的是WiFi，所以找到WLAN，右击打开WLAN属性，找到Internet协议版本4(TCP/IPv4)一项，选中后点击属性。如果你用的是网线，就找以太网，其他步骤一样。

选择“使用下面的IP地址”，因为我的计算机所属网段是192.168.3，所以IP地址框内输入一个没有被其他设备使用过的IP，如192.168.3.87；子网掩码会自动填充255.255.255.0；默认网关即路由器管理地址。DNS服务器填入8.8.8.8。
设置完后在进入命令提示符输入

ipconfig

确认静态IP地址是否设置成功。

虚拟机 Ubuntu静态IP地址设置

虚拟机设置

分别在编辑虚拟机设置和Workstation-编辑-虚拟网络编辑器中完成配置

Ubuntu静态IP地址设置

进入Ubuntu，打开终端
输入命令，查看自己网卡编号（如图中是ens33）

ip a

接下来输入命令，用VIM编辑interfaces文件。要是不会VIM，从文件夹用记事本打开是一样的。

sudo vi /etc/network/interfaces

将内容改为：

auto ens33
#把 lo改为ens33
iface ens33 inet static
#改为static
address 192.168.3.88 
#IPv4地址，网段要与电脑一致（192.168.3）
#最后一位自己分配一个没被使用过的数字（这里设了88）
gateway 192.168.3.1
 #网关地址（路由器地址），要与电脑一致
netmask 255.255.255.0

编辑完成后按esc，再依次按下:，w，q，！就可以保存退出了。用记事本编辑的直接保存即可。
在终端输入命令重启网络。

sudo /etc/init.d/networking restart

然后ping一下局域网内的ip试试能不能ping的通，ping通了就说明内网没问题了。

ping 192.168.3.1

要连通外网，还需要编辑一下resolved.conf文件

sudo vi /etc/systemd/resolved.conf

删掉DNS前面的#，在后面输入电脑的DNS服务器地址8.8.8.8

重启虚拟机完成配置。

安装ROS的ABB支持包

打开Ubuntu的终端，输入以下命令行：

• 创建工作空间

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws
catkin_make
source devel / setup.bash

• 下载安装abb支持包

# 切换到工作空间下的路径
cd $HOME/catkin_ws

# 如果需要最新版本的程序，可以用kinetic替换kinetic-devel
git clone -b kinetic-devel https://github.com/ros-industrial/abb.git src/abb
git clone -b kinetic-devel https://github.com/ros-industrial/abb_experimental.git src/abb_experimental

#确认安装包及其依赖包是否到位，若不到位则会自动更新
rosdep update

#如果ROS系统不是melodic，需要按情况替换
rosdep install --from-paths src/ --ignore-src --rosdistro melodic

# 用catkin_tools编译程序包
catkin build

#激活abb支持包
#如遇找不到package而roslaunch报错，也请尝试运行下面这个命令
source $HOME/catkin_ws/devel/setup.bash

配置ABB Robot Studio

建立一个支持ROS的ABB Robot Studio工程

此部分也可以参考ROS官网教程
a. 通过单击在安装过程中放置在桌面上的图标来打开RobotStudio。
b. 在打开的对话框中，创建一个空工作站。
c. 选择ABB库，然后选择要建模的机器人类型。
d. 产生了机器人。您可以缩放（滚轮），移动（CTRL +拖动鼠标）和旋转（CTRL + SHIFT +拖动鼠标）。
e. 选择机器人系统，然后从布局中选择…
f. 给系统起个名字，其余选项保持不变，然后按Next>。
g. 应该只有一种机制，因此只需按Next>即可。
h. 单击选项…，然后选择616-1 PC接口和623-1多任务。
i. 点击完成。

在继续进入RobotStudio之前，您需要将ROS驱动程序的RAPID文件放在创建的手臂的控制器上。

1. 转到 文档 \ RobotStudio \ Systems并选择与工作站名称相对应的文件夹。
2. 打开HOME目录。
3. 创建一个名为ROS的新目录。
4. 复制abb_common / rapid（https://github.com/ros-industrial/abb/tree/hydro-devel/abb_common/rapid）（Hydro和更早版本）或abb_driver / rapid（https://github.com/ros-industrial/abb/tree/indigo-devel/abb_driver/rapid）（Indigo和更高版本）目录中的所有文件，并将它们放在新创建的ROS目录中。

现在打开刚才放在~ \ Home \ ROS 目录下的 ROS_socket.sys并更改以下行：

IF（SocketGetStatus（server_socket）= SOCKET_CREATED）SocketBind server_socket，GetSysInfo（\ LanIp），端口;

按先前配置的Windows10静态IP地址

把“GetSysInfo（\ LanIp）”变成Windows10的静态IP地址：

IF（SocketGetStatus（server_socket）= SOCKET_CREATED）SocketBind server_socket，“ 192.168.3.87”，端口；

在ABB Robot Studio工程中安装和配置ROS-Industrial ABB Driver

现在，可以在RobotStudio中安装ROS-Industrial驱动程序了：

选择选项卡控制器，然后选择示教器。

首先进入手动模式，方法是选择操纵杆左侧的按钮，然后将钥匙转到垂直位置。

1. 创建任务
   在控制器选项卡->配置->Controller->Task->鼠标右击，新建Task
   
   创建如下表所示三个Task

Name	Type	Trust Level	Entry	Motion Task
ROS_StateServer	SEMISTATIC	NoSafety	main	NO
ROS_MotionServer	SEMISTATIC	SysStop	main	NO
T_ROB1	NORMAL		main	YES

2. 创建信号
   在“控制器”选项卡->配置-> I / O system->signal下，右键单击“新信号”
   

Name	Type of Signal
signalExecutionError	Digital Output
signalMotionPossible	Digital Output
signalMotorOn	Digital Output
signalRobotActive	Digital Output
signalRobotEStop	Digital Output
signalRobotNotMoving	Digital Output
signalRosMotionTaskExecuting	Digital Output

3. 将信号连接到系统输出
   在“控制器”选项卡->“配置”->“ I/O system”->“system output”，右键单击“新建系统输出”

Signal Name	Status	Arg 1	Arg 2	Arg 3	Arg 4
signalExecutionError	Execution Error	N/A	T_ROB1	N/A	N/A
signalMotionPossible	Runchain OK	N/A	N/A	N/A	N/A
signalMotorOn	Motors On State	N/A	N/A	N/A	N/A
signalRobotActive	Mechanical Unit Active	ROB_1	N/A	N/A	N/A
signalRobotEStop	Emergency Stop	N/A	N/A	N/A	N/A
signalRobotNotMoving	Mechanical Unit Not Moving	ROB_1	N/A	N/A	N/A
signalRosMotionTaskExecuting	Task Executing	N/A	T_ROB1	N/A	N/A

4. 将模块加载到任务
   “控制器”选项卡->“配置”->“控制器”->“automatic loading of modules”，右键单击“新建automatic loading of modules”。

File	Task	Installed	All Tasks Hidden
HOME:/ROS/ROS_common.sys	NO	YES	NO
HOME:/ROS/ROS_socket.sys	NO	YES	NO
HOME:/ROS/ROS_messages.sys	NO	YES	NO
HOME:/ROS/ROS_stateServer.mod	ROS_StateServer	NO	NO
HOME:/ROS/ROS_motionServer.mod	ROS_MotionServer	NO	NO
HOME:/ROS/ROS_motion.mod T_ROB1	NO	NO	NO

最后，千万记得在防火墙中开启abb仿真控制器权限，否则是无法通讯的，即使ping通了也不行

建立Robotstudio和ROS的通信

设置运行模式为 连续

打开Robotstudio示教器，点击PP 移至Main

点击程序启动按钮
此时应该会自动弹出程序消息，waiting for connection

与此同时，程序指针应该指向
“WaitTime 0.05; ! Throttle loop while waiting for new command”

另一方面，打开虚拟机，启动Ubuntu.
打开新终端输入

roscore

再打开一个新终端，输入

$ source $HOME/catkin_ws/devel/setup.bash

然后输入，robot_ip就是设置的Windows10静态IP，如果连的是真实机械臂，那就是机械臂的IP地址

roslaunch abb_irb120_moveit_config moveit_planning_execution.launch sim:=false robot_ip:= 192.168.3.87

如果没有出现问题，示教器应该会弹出新的对话，显示connected

发送和接收消息

ABB Robot Studio与ROS的通信是用Socket套接字的方式通过以太网连接实现的。
如何在ABB Robot Studio的Rapid程序中实现socket套接字的打包、解包、消息收发，还有如何编写程序调用ROS的功能实现ABB Robot Studio与ROS协同工作？
在“用Socket套接字通过TCP/IP以太网实现虚拟机Ubuntu中ROS与Windows10中ABB Robot Studio的协同工作”一文中将继续分享。