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zhuhongwu0918/Utactile_UT001

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UTactile用户指南User Guide

toc 触觉传感器能够感知物体接触力等信息的传感器，是机器人与环境进行物理交互的关键模块。可靠的多维的触觉力数据不但可以直接作为控制器的输入，还可以通过算法提取更高阶的感知数据，为机器人操作，软体机器人以及智能家居等提供更可靠的基础数据。 本餐品具有以下特点：

  • 三维触觉力：套件支持4个触点，每个触点可独立采集法向力数据，平面两个方向的剪切力数据；
  • 性能可靠性：通过300万次1kg按压循环耐久测试，-40℃~+85℃恒温存储，盐雾耐性实验，砂尘存储实验，误差不超过5%。
  • 模块化：同时支持RS485和CAN总线通信，使用方式灵活；每个触点内置参数存储器，可独立索引，实现参数记忆，无需多次重复标定。
  • 友好软件API接口：具备串行通信和 CAN 通信两种总线接口，适用于不同场景；有适用于 Linux 或 Windows 平台的可视化上位机软件，提供 C++库和 API 接口支持以及 ROS 驱动包节点和可视化。

配套上位机使用指南

本上位机使用Qt进行开发，运行在Windows平台，能够可视化触觉传感器数据，具备矢量箭头，曲线图，数据存储，参数配置等功能，为传感器数据验证和数据分析提供友好的平台。

准备工具

tools_preparation

图1. （a） UTactile触觉传感套件，包含传感器模块和数据采集卡；（b）RS485转USB转接头；（c）UT Viewer数据可视化软件。

基本使用步骤

1.连接数据采集卡与RS485转USB转接头，如图2所示，即接入采集卡上标有5V、A、B、GND的接口，与RS485转USB转接头对应的5V、A+、B-、GND的接口依次连接。 wireConnection

图2. 数据采集卡与RS485转USB转接头的连接使用Pin对Pin的连接方式 2.将RS485转USB的USB端接口插入电脑，打开电脑设备管理器（Win10：设置→系统→关于→设备管理器），找到对应的串口号（如本机串口号为：COM7）。

若找不到串口号，可能是缺少相关驱动，尝试使用右键“更新驱动程序”，或根据转接头商家提供的信息，安装CH340或PL2303等对应的串口驱动程序。 comNum

图3. 确认UTactile触觉传感套件对应的串口号

3.打开配套的主机软件UT Viewer，选择对应的串口号，波特率选择115200，然后单击“打开”按钮。单击“图像”按钮，打开可视化窗口，即可观察传感器的反应。 图4. （a）进行通信配置；（b）数据可视化界面，展示对应编号传感器模块的三维触觉的大小和方向，右上角勾选中对应传感模块编号后，即可实时显示x,y,z三个分量的对应曲线。

Linux平台下使用触觉传感器(RS485)

1. 环境要求

本例程中使用Cmake组织工程，在Ubuntu 20.04 LTS下编译通过。

2. 连接设备

将RS485转USB转换器连接至电脑； 查看设备对应的端口号，

ls /dev/ttyUSB*或 ls /dev/ttyACM*

如确认端口为ttyUSB0，给端口赋予读写权限，如

sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0

3. 软件包的使用

打开main.cpp文件，找到demo_app_init

配置待读取的端口号，如

demo_app_init("/dev/ttyUSB0")";

进入linux_example/LinuxDemo/目录下，执行如下命令：

mkdir build
cd build
cmake ..
make

生成skin_demo可执行文件并执行 ./skin_demo 得到如下图所示的数据输出：

linux_example_output

数据都存储app.cpp文件中的函数void axit_decode(unsigned char *pData, unsigned short len){}中的数组变量tAxit；

可以通过函数int axit_get(Axis_t *axit);获取数据。

TX2平台下使用触觉传感器CAN

1. 环境要求

本历程使用cmake组织工程，并在TX2开发板官方自带的系统中运行。

2. 硬件连接说明

由于TX2开发板只有CAN总线，没有CAN收发器，所以本例中额外购买了一个CAN收发器，其连接示意图如下： TX2_connect

3.编译运行

由于TX2的CAN设备驱动模块需要手动加载，并挂载为网络设备。为了简化这些流程，本例中编写了demo_run.sh脚本，该脚本集成了CAN驱动模块的加载、网络设备的挂载、代码的编译和运行等步骤。

所以下载本例程后，进入TX2_example文件夹，先修改脚本文件的权限，执行

sudo chmod 777 demo_run.sh

本例中使用can0总线通信，执行

./demo_run.sh can0

以运行程序，以下为程序成功运行后的结果： TX2_run_result

提示：如果硬件上连接的是can1总线，则执行 ./demo_run.sh can1 指令运行程序。

ROS系统下使用触觉传感器(RS485)

1. 环境要求

本例程中使用Cmake组织工程，在Ubuntu 20.04 LTS下编译通过，使用ROS1操作系统。 #安装rosserial软件包

#install rosserial package

sudo apt-get install ros-noetic-serial  #ros为Kinect版本

OR

sudo apt-get install ros-melodic-serial  #ros为melodic版本

安装可视化界面软件包

sudo apt-get install ros-<rosdistro>-joint-state-publisher
sudo apt-get install ros-<rosdistro>-robot-state-publisher

新建工作空间并初始化：

mkdir -p ~/catkin_ws/src
cd ~/catkin_ws/src
catkin_init_workspace
cd ~/catkin_ws/
catkin_make

#如果使用conda环境，可以使用如下指令进行编译：

#if in conda env,use this command instead:

catkin_make -DPYTHON_EXECUTABLE=/usr/bin/python3

#将ros软件包tactile_driver拷贝到工作空间src目录下，并编译：

#copy tactile_driver directory into src floder and compile:
cd ~/catkin_ws && catkin_make
source devel/setup.bash
#read serial
ls /dev/ttyUSB0

OR

ls /dev/ttyACM0
sudo chmod 777 /dev/ttyUSB0

OR

sudo chmod 777 /dev/ttyACM0

单独运行串口数据读取节点

Run the serial port data reading node independently

rosrun tactile_driver serial_read

传感器触点数据会发布在"/tactile_data"的话题中，默认发布频率为10Hz

#启动带UI可视化界面的launch文件，显示界面的显示仅供参考，建议直接使用原始数字数据进行处理

传感器触点数据会发布在"/tactile_data"的话题中，默认发布频率为10Hz

#请使用windows上位机软件进行可视化验证，下述带UI可视化界面的launch文件，显示界面的显示仅供参考，工程部署直接使用原始数字数据进行处理。

（Tips:显示效果可依据需求进行参数更改，此处仅提供代码模版供使用）

#launch with UI

(Tips:The display effect can be changed by revising the parameters)

roslaunch tactile_driver demo.launch

windows平台下使用触觉传感器(RS485)

1. 下载并安装MinGW

下载地址：https://sourceforge.net/projects/mingw/files/

安装，勾选mingw32-base和mingw32-gcc-g++

或参考如下教程 https://blog.csdn.net/qq_38196449/article/details/136125995

2. 安装gcc后确认是否安装成功

gcc --version

输出类似的信息

gcc.exe (x86_64-win32-sjlj-rev0, Built by MinGW-W64 project) 8.1.0 Copyright (C) 2018 Free Software Foundation, Inc. This is free software; see the source for copying conditions. There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

3. 编译并运行工程，获取数据

查看设备对应的端口号 eg. COM5

a.进入/windows_example/RS485文件夹，执行CMakeList.txt文件，会在当前目录下生成build目录,执行指令：

cmake -S . -B build -G "MinGW Makefiles"

b.进入build目录：

cd build

c.编译程序：

make

会在当前目录下生成可执行文件main.exe。

d.运行程序：

main.exe COM5

(根据具体的串口号输入，本机中传感器串口号为COM5)

得到如下所示的数据输出：

16进制原始数据

4. 输出原始数据

找到main.cpp文件中sensor_output_set(OUTPUT_TYPE_ORIGIN);函数，即可设置传感器输出原始数据。

windows平台下使用触觉传感器(CAN)

1. 下载并安装MinGW

下载地址：https://sourceforge.net/projects/mingw/files/

安装，勾选mingw32-base和mingw32-gcc-g++

或参考如下教程 https://blog.csdn.net/qq_38196449/article/details/136125995

2. 安装gcc后确认是否安装成功

gcc --version

输出类似的信息

gcc.exe (x86_64-win32-sjlj-rev0, Built by MinGW-W64 project) 8.1.0 Copyright (C) 2018 Free Software Foundation, Inc. This is free software; see the source for copying conditions. There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

3. CAN分析仪与采集卡的连接

本例中使用的CAN分析仪为CANalyst-II，其外观图如下：

CANalyst-II外观

由于当前采集卡上CAN总线的丝印标注与实际线序相反，所以其连接示意图如下：

CANalyst-II外观

4. 安装CAN分析仪驱动

安装USB_CAN TOOL软件接口，售卖CAN分析仪的商家一般会提供该软件。

5. 编译并运行工程，获取数据

a.进入/windows_example/CAN文件夹，执行CMakeList.txt文件，会在当前目录下生成build目录，执行指令：

cmake -S . -B build -G "MinGW Makefiles"

b.进入build目录：

cd build

c.编译程序：

make

会在当前目录下生成可执行文件main.exe。

d.运行程序：

main.exe CAN2

(本例演示连接示意图中，采集卡接在CAN分析仪的CAN2总线上，若接在CAN1上，则执行指令为：main.exe CAN1)

得到如下所示的数据输出：

16进制原始数据

6. 修改采集卡配置

如果需要修改采集卡的采样频率和输出数据类型，修改main.cpp文件下的tCANAlyst.sensor_freq_sample_set和tCANAlyst.sensor_output_set函数传入的参数即可。

UTactile触觉传感器通信协议--RS485

协议说明

数据采用RS485输出，波特率为460800，8位数据，1个停止位，无校验，无流控。数据采用高位在前、低位在后的格式发送，上位机可通过USB口接收。

数据流格式说明

数据流

Byte[0] Byte[1] Byte[2] Byte[3] ... Byte[n-1] Byte[n]
头码 长度 命令类型 数据 ... 数据 校验和

头码

头码固定为：0xA5。

长度

表示后面跟随数据的长度。

校验码

校验码包含头码、长度、命令类型和所有数据的累加和。

命令类型

当前程序包含如下指令类型。

发送方 命令类型 解析 备注
驱动板 0x00 传感器阵列基准后数据 包含x、y、z三轴
驱动板 0x01 传感器阵列源数据 包含x、y、z三轴
上位机 0x80 修改驱动卡内的基准数据 有回复
上位机 0x81 读取当前驱动卡内部基准数据 有回复
上位机 0x82 设置驱动卡上传的传感器数据类型 有回复
上位机 0x83 设置传感器数据上报频率 有回复
上位机 0x84 获取传感器数据上报频率 有回复

回复指令

回复指令的格式同4.1数据流，指令命令类型与本次收到指令的命令类型保持一致，数据位参考本次收到指令的说明。如本次收到指令为：A5 03 83 02 2D，当该指令操作成功时，应回复指令为：A5 03 83 00 2B，当该指令操作失败时，应回复指令为：A5 03 83 01 2C。

示例

如下： “A5 08 02 00 08 00 02 FF 03 BB”——A5为头码，08代表后面跟随8个字节长度的数据，02该指令的指令类型，BB为校验和，即：A5+08+02+00+08+00+02+FF+03=1BB。

数据包详细说明

上位机发送的数据包

0x80 修改驱动卡内的基准数据

该指令用于设置驱动卡内的基准数据，可设置多个单点传感器，格式为：传感器1索引+传感器1x+传感器1y+传感器1z+传感器2索引+传感器2x+传感器2y+传感器2z+…传感器n索引+传感器nx+传感器ny+传感器nz。

字节 含义 备注
Byte[3] 传感器索引
Byte[4~5] 传感器y轴数据
Byte[6~7] 传感器z轴数据
Byte[8~9] 传感器x轴数据
Byte[...] …
Byte[3n] 传感器索引n
Byte[3n+1~3n+2] 传感器n y轴数据
Byte[3n+3~3n+4] 传感器n z轴数据
Byte[3n+5~3n+6] 传感器n x轴数据

0x81 读取当前数据采集卡内部基准数据

该指令为单指令，没有数据。

0x82设置驱动卡上传的传感器数据类型

成功回复0， 失败回复1。

字节 含义 备注
Byte[3] 0:使用校准后的数据
1:使用源数据

0x83设置传感器数据上报频率

传感器上报频率设置成功时回复0，失败时回复1。

字节 含义 备注
Byte[3] 0:10Hz
1:20Hz
2:50Hz
3:100Hz
4:200Hz

0x84获取传感器数据上报频率

该指令没有数据位，但是需要上报当前传感器的数据上报频率，上报指令数据位的解析如下：

字节 含义 备注
Byte[3] 0:10Hz
1:20Hz
2:50Hz
3:100Hz
4:200Hz

驱动卡发送的数据包

0x00 传感器阵列基准后数据

高位在前，低位在后传输，例如当Byte[3~4]:01 02时，第1个传感器x轴真实数据为0x102。

字节 含义 备注
Byte[3] 第1个传感器x轴数据
Byte[5~6] 第1个传感器y轴数据
Byte[7~8] 第1个传感器z轴数据
Byte[9~10] 第2个传感器x轴数据
Byte[11~12] 第3个传感器y轴数据
… …
Byte[93~94] 第16个传感器x轴数据
Byte[95~96] 第16个传感器y轴数据
Byte[97~98] 第16个传感器z轴数据

0x01 传感器阵列源数据数据

该数据包用于响应上位机读取基准数据指令，旨在用来查看当前传感器的基准结果。

字节 含义 备注
Byte[3~4] 第1个传感器x轴数据
Byte[5~6] 第1个传感器y轴数据
Byte[7~8] 第1个传感器z轴数据
Byte[9~10] 第2个传感器x轴数据
Byte[11~12] 第3个传感器y轴数据
… …
Byte[93~94] 第16个传感器x轴数据
Byte[95~96] 第16个传感器y轴数据
Byte[97~98] 第16个传感器z轴数据

utactile触觉传感器通信协议--CAN

CAN协议说明

数据采用CAN输出，波特率为1MBit/s，采用标准帧格式。数据采用高位在前、低位在后的格式发送。

CAN帧ID说明

CAN ID bits [10]~[3] [2]~[0]
功能定义命 命令类型 设备ID

CAN设备ID默认为0x4

CAN命令类型

发送方 命令类型 解析 备注
驱动板 0x00 传感器力数据 包含x、y、z三轴
驱动板 0x01 传感器源数据 包含x、y、z三轴
--- --- --- ---
上位机 0x82 设置驱动卡上传的传感器数据类型 有回复
上位机 0x83 设置传感器数据上报频率 有回复
上位机 0x84 获取传感器数据上报频率 有回复

CAN上位机发送数据包

0x82设置驱动卡上传的传感器数据类型

|字节|解析|参考表格和缺省值| |...|...|...| |Byte[0]|0:使用力数据 1:使用源数据||

设置成功回复0，失败返回1

0x83设置传感器数据上报频率

字节 解析 参考表格和缺省值
Byte[0] 0:10Hz
1:20Hz
2:50Hz
3:100Hz
4:200Hz

传感器上报频率设置成功时回复0，失败时回复1。

0x84获取传感器数据上报频率

该指令没有数据位，但是需要上报当前传感器的数据上报频率，上报指令数据位的解析如下：

字节 解析 参考表格和缺省值
Byte[0] 0:10Hz
1:20Hz
2:50Hz
3:100Hz
4:200Hz

CAN驱动卡发送的数据包

0x00 传感器力数据

用于上报传感器的力数据

字节 解析 参考表格和缺省值
Byte[0] 传感器索引，0~16
Byte[1~2] 第1个传感器x轴数据 -327.00~327.00N
Byte[3~4] 第1个传感器y轴数据 -327.00~327.00N
Byte[5~6] 第1个传感器z轴数据 -327.00~327.00N

高位在前，低位在后传输，例如当Byte[1~2]:01 02时，传感器x轴真实数据为0x102。

力数据单位为牛顿，保留两位小数，例如Byte[1~2]为0x102时，实际为2.58N。

0x01 传感器源数据

用于上报传感器的源数据。

字节 解析 参考表格和缺省值
Byte[0] 传感器索引 0~16
Byte[1~2] 第1个传感器x轴数据 ADC值
Byte[3~4] 第1个传感器y轴数据 ADC值
Byte[5~6] 第1个传感器z轴数据 ADC值

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