lightweight-cobot/doc/lwc-doc/docs/sunrise/kuka/programs/server-fri-ros2.md

ServerFriRos2

ServerFriRos2 — программа для контроллера KUKA Sunrise Cabinet, которая создаёт FRI-соединение между роботом KUKA LBR iiwa и компьютером с ROS 2. Через это соединение ros2_control получает текущее состояние робота и, в зависимости от выбранного режима, передаёт контроллеру команды движения.

Именно эта программа связывает две части системы: приложение на контроллере KUKA и управляющий узел ROS 2 на внешнем компьютере. Без запущенного ServerFriRos2 управлять физическим роботом через ROS 2 не получится.

Программа проверена на KUKA LBR iiwa 7 R800 с Sunrise OS 1.16 и FRI 1.16. Исходный код находится в проекте по пути src/iiwa_sunrise/src/ServerFriRos2.java.

Общие сведения о канале обмена приведены в разделе FRI-протокол, а подключение кабелей и подготовка Sunrise-проекта описаны в настройке SunriseWorkbench.

!!! warning "Перед запуском" Проверьте, что выбранные исходные положения безопасны для установленного инструмента и рабочей ячейки. Во время автоматического перемещения рабочая зона должна оставаться свободной. Режимы импедансного управления и ручного ведения не заменяют штатные функции безопасности KUKA.

Что необходимо настроить

Перед синхронизацией проекта с контроллером откройте ServerFriRos2.java в Sunrise Workbench и проверьте параметры своего стенда.

Сетевые адреса

В Java-классе задаются адреса компьютера с ROS 2, доступные со стороны соответствующего интерфейса контроллера:

private static final String KONI_IP = "192.170.10.10";
private static final String KLI_IP  = "192.168.21.31";

Не путайте их с параметром robot.ip в cobot-setting.yaml: там указывается адрес контроллера KUKA, к которому обращается ROS 2-компьютер. Настройка этого файла подробно описана в разделе Конфигурация системы.

Инструмент и данные нагрузки

Программа подключает к фланцу инструмент, указанный в аннотации @Named:

@Named("tool1")
private Tool _tool;

Замените tool1 именем своего инструмента из Sunrise Workbench → Object Templates. Для режима Monitor обязательно заполните Load Data: массу, центр масс и тензор инерции. Программа проверяет эти параметры перед включением гравитационной компенсации и предупреждает оператора, если модель нагрузки заполнена неправильно.

О калибровке и проверке нагрузки можно прочитать в разделе Данные нагрузки.

Исходные положения

Перед запуском FRI робот автоматически занимает одну из заданных суставных позиций:

private static final double[] ZERO_POSITION =
    {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};

private static final double[] MONITOR_WORKING_POSITION =
    {0, 0, 0, -1.57, 0, 1.57, 0};

ZERO_POSITION используется в режимах Position и JointImpedance. В режиме Monitor робот сначала проходит через нулевое положение, а затем переходит в MONITOR_WORKING_POSITION. При необходимости измените эти массивы так, чтобы движение не приводило к столкновению с оснасткой, столом или установленным инструментом.

Период FRI

Для режимов Position и JointImpedance значение, выбранное на smartPAD, должно совпадать с robot.fri_cycle_ms в cobot-setting.yaml:

Выбранный период	Частота обмена	Когда использовать
10 мс	100 Гц	Стандартный и наиболее устойчивый вариант; обязателен для KLI.
5 мс	200 Гц	Более частое управление через выделенный интерфейс KONI.

Monitor использует фиксированный период 2 мс и не показывает отдельный диалог выбора периода.

Запуск приложения

Откройте раздел Приложения на smartPAD, найдите ServerFriRos2 в списке приложений робота и активируйте его. После выбора программа появится в верхней строке smartHMI.

Для запуска нажмите зелёную кнопку Старт на smartPAD. Программа последовательно предложит выбрать сетевой интерфейс, режим управления и, если это требуется, дополнительные параметры FRI.

Шаг 1. Выбор сетевого интерфейса

В первом диалоге отображаются настроенные адреса ROS 2-компьютера. Выберите интерфейс, к которому физически подключён управляющий компьютер.

Интерфейс	Особенности	Доступные режимы	Период
KONI (X66)	Выделенная сеть FRI, рекомендуемый вариант	Position, JointImpedance, Monitor	5 или 10 мс; Monitor — 2 мс
KLI (X6)	Общая управляющая сеть, резервный вариант	Position, JointImpedance	Только 10 мс

KONI лучше подходит для управления в реальном времени: выделенный канал обеспечивает меньшую задержку и более стабильный цикл. KLI можно использовать, когда KONI недоступен, но из-за задержек общей сети режим Monitor через него отключён.

Шаг 2. Выбор режима управления

Набор доступных кнопок зависит от выбранного сетевого интерфейса.

При работе через KLI можно выбрать только Position или JointImpedance:

При работе через KONI дополнительно доступен Monitor:

Position

Position — основной режим для обычного управления из ROS 2, включая выполнение траекторий MoveIt. Контроллер точно следует позиционным командам, а регулирование жёсткости суставов в этом режиме недоступно.

После выбора параметров робот перемещается в ZERO_POSITION, создаёт FRI-сессию в командном режиме POSITION и ожидает подключения ROS 2-клиента.

JointImpedance

JointImpedance также получает из ROS 2 команды положения, но выполняет их с заданной жёсткостью суставов. Такой режим используется, когда необходимо управлять механическим импедансом робота, сохраняя следование заданной траектории.

После выбора режима программа предлагает установить одинаковую жёсткость для всех семи суставов:

Жёсткость	Поведение робота
1500 Н·м/рад	Наиболее жёсткое следование командам из доступных вариантов.
1000 Н·м/рад	Высокая жёсткость суставов.
800 Н·м/рад	Средняя жёсткость суставов.
500 Н·м/рад	Наиболее мягкое поведение из доступных вариантов.

Демпфирование во всех суставах задаётся программой на уровне 0,7. После настройки робот переходит в ZERO_POSITION и ожидает FRI-клиента, как и в режиме Position.

Monitor

Monitor предназначен для ручного ведения робота и передачи его текущего состояния в ROS 2. Компьютер не отправляет команды движения: FRI-сессия работает в NO_COMMAND_MODE, а контроллер передаёт положения и моменты суставов с периодом 2 мс.

Перед подключением робот проходит через ZERO_POSITION в MONITOR_WORKING_POSITION. Затем программа проверяет Load Data инструмента и включает суставной импеданс с нулевой жёсткостью и демпфированием 0,7. Благодаря гравитационной компенсации робот можно аккуратно перемещать рукой.

Перед подтверждением диалога запустите ROS 2-узел на компьютере. Нажимайте OK — ROS2 готов только после появления активного ros2_control_node.

!!! danger "Monitor и модель нагрузки" Не включайте ручное ведение с неверными параметрами инструмента. Ошибка в массе, центре масс или инерции приводит к неточной гравитационной компенсации: робот может сопротивляться оператору или самопроизвольно смещаться.

Шаг 3. Выбор периода отправки

При выборе Position или JointImpedance через KONI программа предлагает период 10 или 5 мс. Для KLI этот шаг пропускается, потому что период автоматически фиксируется на 10 мс.

Если нет особых требований к частоте управления, начните с 10 мс. Период 5 мс имеет смысл использовать через KONI для задач, которым действительно нужен цикл 200 Гц.

Подключение ROS 2

На ROS 2-компьютере запустите систему для физического робота командой:

cobot run

При запуске выберите работу с реальным роботом. Команда поднимает ros2_control_node, аппаратный интерфейс FRI, контроллеры, MoveIt и настроенные дополнительные сервисы. Подробное описание команды приведено в разделе CLI-команды cobot, а способы отправки команд — в разделе Управление через ROS 2.

Для наиболее надёжного запуска сначала выполните cobot run на компьютере, а затем запустите ServerFriRos2 на smartPAD. Если приложение KUKA уже перешло к ожиданию клиента, ROS 2 необходимо запустить в течение 30 секунд. После таймаута программа закроет созданную FRI-сессию и сообщит об ошибке в журнале.

После соединения в журнале smartHMI отображаются:

• состояние FRI-сессии;
• качество соединения;
• задержка (latency);
• разброс времени доставки пакетов (jitter).

При остановке FRI-клиента сессия закрывается, активный режим завершается, а ресурсы соединения освобождаются. Для нового подключения снова запустите приложение на smartPAD.

Если соединение не устанавливается

В первую очередь проверьте:

1. Выбран ли тот интерфейс, к которому подключён ROS 2-компьютер.
2. Соответствуют ли KONI_IP или KLI_IP адресу компьютера в выбранной сети.
3. Указан ли в cobot-setting.yaml адрес контроллера KUKA, а не компьютера.
4. Совпадает ли период 5/10 мс в Java-программе и robot.fri_cycle_ms.
5. Запущен ли ros2_control_node до истечения 30-секундного таймаута.
6. Настроен ли UDP-порт FRI 30200 и не блокируется ли он межсетевым экраном.

Если приложение не запускается из-за потерянной конфигурации инструмента или фреймов, воспользуйтесь разделом Ошибка конфигурации.