基于EtherCAT的ROS全向移动导航系统

张 洪，邱晓天

（江南大学机械工程学院，江苏无锡214122）

机器人操作系统（robot operating system，ROS）［1］采用分布式软件架构设计，十分有利于代码的复用和移植。其内部集成了丰富的驱动代码和算法，可方便地应用于不同类型的机器人，大大缩短机器人的研发周期。通信系统是机器人控制器的重要组成部分，其传统总线存在协议不统一、应用较为复杂和实时性较差等问题，大大制约了机器人的控制性能。德国倍福公司开发的EtherCAT（ether control for automation technology，用于控制自动化技术的以太网）［2］通信协议作为目前实时性最好、通信速度最快的工业以太网协议已广泛应用于高精度控制系统，成为全球公认的行业标准。近年来，开源操作系统的实时性能得到显著提升 ，出现了如 Xenomai、RT Linux（real‐time Linux，实时Linux）、RTAI（real‐time application inter‐face，实时应用接口）等实时改造方案［3］，因此机器人控制向着高精度、高实时性的方向发展。

针对目前移动机器人代码复用率低以及应用场景受限等问题，本文基于ROS平台和EtherCAT通信技术，设计了一种开源性好、实时性好、可移植性强、成本低的全向移动导航系统。

1 全向移动导航系统的硬件组成

全向移动导航系统采用支持EtherCAT通信的步科伺服驱动器。全向移动平台配置了4个伺服驱动器，舍弃了传统的运动控制器，通过网线以EtherCAT总线线性串行的方式直接将上位机与伺服驱动器相连。通过采集激光雷达和里程计的数据实现系统自主导航，既保证了其高集成性又保证了开放性。

2 全向移动导航系统的软件框架设计

笔者提出的全向移动导航系统的软件部分主要由ROS平台提供的导航功能框架和编写相关功能包实现［4］。……