使用CODESYS实现树莓派机器人的简单步骤

文章大纲：

一、介绍
- 什么是CODESYS？
- 为什么需要在树莓派上使用CODESYS实现机器人？

二、准备工作
- 硬件要求
- 软件要求

三、安装CODESYS及其相关组件
- 安装CODESYS
- 安装Python运行环境
- 安装ROS（机器人操作系统）

四、配置CODESYS连接ROS
- 配置ROS环境变量
- 在CODESYS中配置ROS节点
- 创建ROS功能包并设置依赖项

五、编写CODESYS程序控制机器人
- 创建工程
- 添加设备和程序
- 编写PLC逻辑
- 上传代码至树莓派并启动机器人

六、常见问题及解决方案
- CODESYS无法连接ROS
- 机器人无法运动
- PLC逻辑出错

七、总结
- CODESYS在树莓派上实现机器人的优势
- 后续扩展和应用的思考

一、介绍

CODESYS是一种工业自动化控制软件，它提供了一个开放的平台，用于创建高效的自动化解决方案。在本文中，我们将探讨如何使用CODESYS实现在树莓派上控制机器人的步骤及注意事项。

二、准备工作

在开始使用CODESYS实现在树莓派上控制机器人之前，我们需要先准备好一些硬件和软件。

硬件要求:
- 树莓派
- 机器人底盘
- 控制板
- 电源适配器
- 电机驱动模块
- 电机

软件要求:
- CODESYS开发环境
- Python运行环境
- ROS机器人操作系统

三、安装CODESYS及其相关组件

在完成硬件和软件的准备工作后，我们需要先安装CODESYS及其相关组件。

1. 安装CODESYS：
CODESYS软件可以从网站 http://www.codesys.com/ 下载。下载完成后，按照提示安装即可。

2. 安装Python运行环境：
在树莓派中，Python已经集成在操作系统中了，我们只需要确认Python版本是否符合要求即可。需要安装的Python版本依赖于ROS的版本，如果使用ROS Kinetic版本则需要Python2.7，如果使用ROS Melodic或更高版本，则需要Python3。

3. 安装ROS（机器人操作系统）：
ROS提供了一种建立机器人软件的标准方式，同时也提供了各种常用的机器人功能库。我们需要根据不同的ROS版本，安装不同的软件包。以ROS Kinetic为例，可以按照以下步骤进行操作：

- 添加ROS源：
    ```
    $ sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
    ```
- 添加ROS公钥：
    ```
    $ sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654
    ```
- 安装ROS：
    ```
    $ sudo apt-get update
    $ sudo apt-get install ros-kinetic-desktop-full
    ```
- 初始化ROS：
    ```
    $ sudo rosdep init
    $ rosdep update

    ```
  
四、配置CODESYS连接ROS

在完成CODESYS及其相关组件的安装后，我们需要配置CODESYS连接ROS。

1. 配置ROS环境变量：
由于CODESYS需要访问ROS功能包，我们需要设置ROS环境变量。打开终端并输入以下命令：

```
$ source /opt/ros/kinetic/setup.bash
```

这将会为当前的Shell会话设置ROS相关的环境变量，以保证CODESYS运行时能够正确的使用ROS。

2. 在CODESYS中配置ROS节点：
首先，我们需要在本地启动ROS Core。打开一个新的终端并输入以下命令：

```
$ roscore
```

接下来，在CODESYS中导航到“Tools”->“Device Repository”。在树上选择新创建的设备，并在右侧的“Properties”面板编辑器中添加以下参数：
```
Device
  - Name: ROS_Node

Driver
  - Driver Type: SocketCAN

    - Node Name: /ros_node
```

3. 创建ROS功能包并设置依赖项：
在完成设备节点的配置后，我们需要创建一个ROS功能包。打开终端并输入以下命令：

```
$ cd ~/catkin_ws/src
$ catkin_create_pkg ros_robot
```

这将会在~/catkin_ws/src目录下创建一个名为“ros_robot”的ROS功能包。我们还需要在功能包的CMakeLists.txt文件中添加以下两行：

```
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
  roscpp
)
```

这使得我们的CODESYS程序可以链接到ROS中的roscpp库。

五、编写CODESYS程序控制机器人

在完成CODESYS和ROS的配置后，我们可以开始编写PLC程序来控制机器人了。

1. 创建工程：
在CODESYS中选择“File”->“New Project”，然后按照提示输入名称和路径等信息，最后点击“Create”按钮。

2. 添加设备和程序：
将我们之前在“Tools”->“Device Repository”中创建的ROS节点设备添加至新创建的项目中，然后将“POU”文件夹下的PLC程序添加至新设备上。

3. 编写PLC逻辑：
我们可以使用ST（结构化文本）或LD（梯形图）等多种语言来编写PLC逻辑。以下是一个ST语言的例子：

```
FUNCTION_BLOCK RobotControl
VAR_INPUT
   MoveForward: BOOL;
   MoveBackward: BOOL;
   TurnLeft: BOOL;
   TurnRight: BOOL;
END_VAR
VAR_OUTPUT
   MotorF: REAL;
   MotorB: REAL;
   MotorL: REAL;
   MotorR: REAL;
END_VAR

IF MoveForward THEN
   MotorF := 1.0;
   MotorB := 1.0;
ELSE
   MotorF := 0.0;
   MotorB := 0.0;
END_IF

IF MoveBackward THEN
   MotorF := -1.0;

   MotorB := -1.0;
ELSE
   MotorF := 0.0;
   MotorB := 0.0;
END_IF

IF TurnLeft THEN
   MotorL := 1.0;
   MotorR := -1.0;
ELSE
   MotorL := 0.0;
   MotorR := 0.0;
END_IF

IF TurnRight THEN
   MotorL := -1.0;
   MotorR := 1.0;
ELSE
   MotorL := 0.0;
   MotorR := 0.0;
END_IF
```

代码中定义了“MoveForward”、“MoveBackward”、“TurnLeft”和“TurnRight”的四个输入变量。通过这些变量，我们可以控制机器人的运动方向。

4. 上传代码至树莓派并启动机器人：
将CODESYS程序上传至树莓派，然后执行以下命令启动机器人：

```
$ rosrun ros_robot robot_control_node
```

六、常见问题及解决方案

在使用CODESYS实现在树莓派上控制机器人的过程中，可能会遇到一些问题。以下是一些常见问题及解决方案：

1. CODESYS无法连接ROS：
在确认正确设置了ROS环境变量之后，可以尝试关闭所有终端并重新打开新的终端并执行命令：

```
$ source /opt/ros/kinetic/setup.bash
```

2. 机器人无法运动：
在确认代码逻辑无误之后，可以检查机器人的硬件连接是否正确，尤其是电机驱动是否正常。

3. PLC逻辑出错：
在程序出错时，可以在CODESYS中使用调试功能来分析代码逻辑的错误出处。

七、总结

使用CODESYS实现在树莓派上控制机器人，既能够利用树莓派的强大计算能力，又能够应用通用的自动化控制软件，提高了机器人的可编程性和灵活性，为机器人工程师提供了更多的选择。未来的机器人技术发展也将需要更多的类似的自动化软件来支持和推进。

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使用CODESYS实现树莓派机器人的简单步骤

CODESYS是一种工业自动化控制软件，它提供了一个开放的平台
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