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KMS40 von Weiss Robotics

In diesem Abschnitt werden allgemeine Informationen über den KMS40 genannt und anschließend die Einbindung in den Versuchsstand beschrieben. Einige Informationen sind folgende:

Als Beispiel-Repo wird aus dem GitHub-Repo das Beispiel für die Simulink-Echtzeitschnittstelle mit ROS appinterface_ros gewählt.

Minimalbeispiel in diesem Ordner

Dieser Ordner enthält eine bereits angepasste Verzeichnisstruktur und die notwendigen Skripte, die als Referenz für die untenstehende Anleitung dienen. Die wichtigsten Dateien, die die in der Anleitung beschriebenen Änderungen bereits enthalten, sind:

  • ROS Workspace (catkin_ws/):
    • catkin_ws/src/pcu_sl_interface/src/node.cpp: Enthält den ROS-Subscriber und die Callback-Funktion für die KMS-Daten.
    • catkin_ws/src/pcu_sl_interface/src/SL_func.h: Definiert die Datenstruktur für die Messwerte.
    • catkin_ws/src/weiss_kms40/: Der ROS-Treiber für den KMS40.
  • Simulink Interface (ros_rt_interface/):
    • ros_rt_interface/ros_rt_core/bus_SL_IN.m: Definiert den Simulink-Bus für die eingehenden Messwerte.
  • Simulink Modell:
    • KMS.mdl: Ein Beispiel-Modell, das die Einbindung zeigt.

Diese Dateien können als Vorlage verwendet werden, um die Integration in ein eigenes appinterface_ros-Projekt durchzuführen.

Technische Daten

  • Measurement Range: ±120N / ±3Nm
  • Effective Resolution: 0.005N / 0.001Nm
  • Resolution: 16 Bit
  • Absolut Accuracy: ±1 %
  • Repeatability: 0.5 %
  • Sampling Rate: 500 1/s

Nutzung in Simulink und über ROS einstellen

Wenn die Einbindung in ROS und in Simulink (siehe unten) bereits erfolgt ist, kann hier direkt gestartet werden.

  1. Im Browser gibt man die IP 192.168.1.30 ein, um die GUI des KMS zu öffnen. Hier muss unter //Settings// der Tiefpassfilter deaktiviert werden (die GUI wird später nicht mehr benötigt).
  2. In Matlab wechselt man in den Ordner /appinterface_ros/ und kompiliert dann das Modell appint_ros_example.mdl in Simulink (Strg+B).
  3. Im Terminal führt man unter appinterface_ros folgende Befehle aus (ggf. weitere Terminals öffnen): 
    ./build.sh
./sync.sh
  4. Nun führt man auf dem RT-PC über SSH folgende Befehle aus: 
    ~/app_interface/ros_install/scripts/autostart.sh
tmux attach-session -t app
  5. Im Simulink-Modell wird der "External Mode" aktiviert. Der Scope von ft_meas_kms40 sollte 0 ausgeben.
  6. Auf dem Entwicklungsrechner führt man folgenden Terminalbefehl zum Starten des ROS-Treibers aus: 
    roslaunch weiss_kms40 kms40.launch
  7. Die Scopes in Simulink sollten nun Werte vom KMS zeigen.
  8. Zum Tarieren des Sensors führt man den folgenden Befehl aus: 
    rosservice call /kms40/tare "data: true"

Einbindung in ROS

  1. Den KMS per zugehörigem Kabel mit Ethernet an den Entwicklungsrechner anschließen und unter den Netzwerkeinstellungen des KMS manuell die IP 192.168.1.1 und die Subnetzmaske 255.255.255.0 eingeben.
  2. Den ROS-Treiber aus dem GitHub-Repo herunterladen.
  3. In der Datei weiss_kms40-master/weiss_kms40/launch/config.yaml setzt man folgende Einträge:
    • host: "192.168.1.30"
    • port: 1000
    • frame: "kms40"
  4. Den Ordner /weiss_kms40 mit dem gesamten Inhalt kopiert man in den Quelltext-Ordner im ROS-Workspace /appinterface_ros/catkin_ws/src.
  5. Unter /appinterface_ros/ros_rt_interface/ros_rt_core müssen folgende Änderungen durchgeführt werden:
    • In bus_SL_IN.m fügt man hinzu: 
      {'ft_meas_kms40', 6, 'double', -1, 'real', 'Sample', 'Fixed', [], [], '', ''}; ...
    • In SL_func.h fügt man hinzu: 
      double ft_meas_kms40[6];
  6. Unter dem Ordner /appinterface_ros/catkin_ws/src/pcu_sl_interface/src müssen folgende Änderungen durchgeführt werden:
    • In SL_func.h fügt man hinzu: 
      double ft_meas_kms40[6];
    • In node.cpp fügt man folgendes als Header hinzu: 
      #include "geometry_msgs/WrenchStamped.h"
    • Folgendes wird als Subscriber deklariert: 
      ros::Subscriber sub_FMext_kms40;
    • Folgendes wird als ROS-Subscriber initialisiert: 
      sub_FMext_kms40 = nh_.subscribe("/wrench", 1, &SLNode:: sub_FMext_kms40_cb, this);
    • Folgendes fügt man als Callback-Funktion ein: 
      void sub_FMext_kms40_cb(const geometry_msgs::WrenchStamped::ConstPtr& msg)
{
    // Callback-Funktion für Subscriber von wrench
    // Wird aufgerufen, wenn neue ROS-Message dafür ankommt
    pthread_mutex_lock(&mut_in_); // Sperre Zugriff auf sl_in_buffer_
    sl_in_buffer_.ft_meas_kms40[0] = msg->wrench.force.x; // Daten von ROS-Message in Buffer schreiben
    sl_in_buffer_.ft_meas_kms40[1] = msg->wrench.force.y;
    sl_in_buffer_.ft_meas_kms40[2] = msg->wrench.force.z;
    sl_in_buffer_.ft_meas_kms40[3] = msg->wrench.torque.x;
    sl_in_buffer_.ft_meas_kms40[4] = msg->wrench.torque.y;
    sl_in_buffer_.ft_meas_kms40[5] = msg->wrench.torque.z;
    pthread_mutex_unlock(&mut_in_); // Freigabe von sl_in_buffer_
}
  7. Nun führt man unter /appinterface_ros/catkin_ws/ folgendes aus: catkin_make

Nun geht es mit der Einbindung in Simulink weiter.

Einbindung in Simulink

  1. Unter /appinterface_ros/ führt man folgendes aus: ./build_dep_simulink.sh
  2. In MATLAB öffnet man die Dateien appint_ros_example_open.m und ros_rt_interface/generate_block.m und führt sie hintereinander aus.
  3. Den ROS-Interface-Block aus dem neuen Simulink-Modell kopiert man in appint_ros_example.mdl und wählt über den Bus Selector das ft_meas_kms40 aus.

Anschluss über den Echtzeitrechner

Falls der KMS an den Echtzeitrechner angeschlossen werden soll:

  1. Auf dem Entwicklungsrechner kopiert man den Ordner /appinterface_ros/catkin_ws/ und fügt ihn per scp auf dem Echtzeitrechner ein: 
    scp -r /appinterface_ros/catkin_ws RTPC_ec:/home/ec/
  2. Auf dem Echtzeitrechner öffnet man die bashrc über nano ~/.bashrc und ergänzt Folgendes unten: 
    export ROS_MASTER_URI=http://10.144.130.7:11311/ # IP des Echtzeitrechners
export ROS_IP=10.144.130.7 # IP des Echtzeitrechners
source ~/catkin_ws/devel/setup.bash
ROS_PACKAGE_PATH=~/catkin_ws/src:/opt/ros/noetic/share
ROSLISP_PACKAGE_DIRECTORIES=/home/ec/catkin_ws/devel/share/common-lisp