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WO2020024183A1 - 互连设备、通信方法和包括机器人的系统 - Google Patents

互连设备、通信方法和包括机器人的系统 Download PDF

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Publication number
WO2020024183A1
WO2020024183A1 PCT/CN2018/098129 CN2018098129W WO2020024183A1 WO 2020024183 A1 WO2020024183 A1 WO 2020024183A1 CN 2018098129 W CN2018098129 W CN 2018098129W WO 2020024183 A1 WO2020024183 A1 WO 2020024183A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ros
opc
interface unit
robot
node module
Prior art date
Application number
PCT/CN2018/098129
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
徐文康
范顺杰
Original Assignee
西门子股份公司
徐文康
范顺杰
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 西门子股份公司, 徐文康, 范顺杰 filed Critical 西门子股份公司
Priority to US17/257,920 priority Critical patent/US11271790B2/en
Priority to CN201880095342.2A priority patent/CN112400300A/zh
Priority to PCT/CN2018/098129 priority patent/WO2020024183A1/zh
Priority to EP18928279.1A priority patent/EP3806422A4/en
Publication of WO2020024183A1 publication Critical patent/WO2020024183A1/zh

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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/08—Protocols for interworking; Protocol conversion
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0423—Input/output
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • H04L69/00—Network arrangements, protocols or services independent of the application payload and not provided for in the other groups of this subclass
    • H04L69/18—Multiprotocol handlers, e.g. single devices capable of handling multiple protocols
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34263—OLE object linking and embedding, OPC ole for process control

Definitions

  • the present invention generally relates to the field of industrial standardization, and more particularly, to an interconnected device, a communication method, and a system including a robot.
  • OPC Object Linking and Embedding for Process Control
  • OPC Unified Architecture
  • PLC Programmable Logic Controller
  • OPC UA for example, from Profibus (Process Field Bus) and Modbus protocol to OPC (OLE for Process Control, OLE for Object Control Linking and Embedding )) Data conversion, an OPC gateway for converting third-party DCS (Distributed Control System) process data into OPC data, and a unified OPC UA gateway for collecting data from equipment from different vendors.
  • Profibus Process Field Bus
  • Modbus protocol to OPC OPC
  • OPC gateway for converting third-party DCS (Distributed Control System) process data into OPC data
  • a unified OPC UA gateway for collecting data from equipment from different vendors.
  • ROS Robot, Operating System, Robot Operating System
  • Robot Operating System provides a collection of tools and libraries that can provide operating system-like functions for heterogeneous computer clusters. It can simplify the complexity of development tasks and make robot behavior more robust across cross-robot platforms. So far, more than 120 robot platforms use ROS, and more than 2000 third-party software libraries are available for ROS. Robot vendors have also expanded ROS to bring advanced robot software to the field of industrial automation. With the support of a growing number of industrial robot vendors, the ROS industry has started as an open source project. Robots are an integral part of intelligent manufacturing and flexible production in Industry 4.0, and the integration between different industrial networks plays an important role.
  • an interconnection device which realizes communication between an OPC UA device and a ROS device, and includes: a first OPC UA interface unit, and the first OPC UA interface unit is configured to establish an interconnection device Connection with OPC UA equipment; and at least one ROS interface unit, which communicates with the first OPC UA interface unit, the ROS interface unit includes: at least one ROS node module, the ROS node module is configured to perform communication between the OPC UA device and the ROS device ; A ROS client library module, the ROS client library module is configured to provide a function library to be called when the ROS node module performs communication; and a ROS core module, the ROS core module is configured to manage the ROS node module in the ROS interface unit And node modules in ROS devices.
  • the ROS node module includes at least one of a ROS release node module and a ROS service node module, wherein the ROS release node module is configured to execute a theme mode between the OPC UA device and the ROS device. Communication; and the ROS service node module is configured to perform service mode communication between the OPC UA device and the ROS device.
  • the ROS publishing node module is further configured to publish the information received from the first OPC UA interface unit to a related ROS device, and the related ROS device is subscribed to the received ROS device.
  • the ROS device of the information-related subject; and the ROS service node module is further configured to convert the information received from the first OPC UA interface unit into a format that can be called by the ROS device, and send the formatted information to the ROS device.
  • the first OPC UA interface unit can be connected to a second OPC UA interface unit included in the OPC UA device, so that the interconnection device establishes a connection with the OPC UA device.
  • the first OPC UA interface unit is an OPC UA server; and in the case where the second OPC UA interface unit is an OPC UA server, In this case, the first OPC UA interface unit is an OPC UA client.
  • the OPC UA device is a programmable logic controller (PLC).
  • PLC programmable logic controller
  • the interface provided by the interconnection device is selected from the group consisting of Ethernet, Profinet, USB, and RS232.
  • a communication method between an OPC UA device and a ROS device including: the OPC UA device sends information to the above-mentioned interconnection device; the interconnection device performs protocol conversion processing on the received information ; The interconnected device transmits the processed information to the ROS device for communication between the OPC UA device and the ROS device.
  • a communication method between a ROS device and an OPC UA device includes: the ROS device sends information to the interconnected device according to the above; the interconnected device performs protocol conversion processing on the received information; the interconnected device processes the processed information. The information is transmitted to the OPC UA device for communication between the ROS device and the OPC UA device.
  • a system including a robot including: at least one device; a controller, the controller controls the device; a robot; and the interconnected device according to the above, wherein the controller is an OPC UA device
  • the robot is a ROS device, and the controller is configured to control the robot to interact with the device via an interconnected device.
  • the controller includes a second OPC UA interface unit, and the controller is configured to be connected to the interconnection device via the second OPC UA interface unit.
  • the robot includes a robot control system, the robot control system controls the robot, and the robot is connected to the interconnection device via the robot control system.
  • the robot control system includes: a ROS subscription node module, the ROS subscription node module is configured to register at the ROS core module of the interconnected device so that the robot can subscribe to the topic; a ROS Client node module, ROS client node module is configured to register at the ROS core module to enable the robot to call services; and ROS control package module, ROS control package module is configured to manage ROS subscription node module and ROS client Node module.
  • the equipment may be an automated production line.
  • the robot control system is further configured to control the robot to interact with a third-party ROS device.
  • the controller is a programmable logic controller.
  • a ROS device can access OPC UA network information via a standardized OPC UA service, and a device in the ROS network can exchange data and commands with a device in the OPC UA network, thereby achieving two types of The cooperation between different devices enables the devices in the two networks to work independently or in a collaborative manner.
  • the existing ROS compatible devices in the ROS network can be easily integrated into the OPC UA-based device layer into the control network of the enterprise management layer without any changes to the hardware or software .
  • the OPC UA client in the interconnection device receives commands and data from the ROS network via the ROS protocol, converts the ROS protocol to the OPC UA protocol, and finally invokes the relevant OPC UA server service. Therefore, ROS devices can access all standardized OPC UA services. Similarly, OPC UA devices can also access ROS devices.
  • the connection of any device in the ROS network can be developed via a ROS theme or a service communication method.
  • OPC UA-based ROS devices can be integrated into high-level control systems or OPC UA servers in device-level industrial controllers.
  • the interconnection device, communication method and system according to the present invention can provide interfaces of different standards, such as Ethernet, Profinet, USB, RS232, etc., so that the ROS network and the OPC UA network can be easily connected. Therefore, it is easy to integrate ROS equipment into existing industrial PLC controllers and different control networks.
  • different standards such as Ethernet, Profinet, USB, RS232, etc.
  • the interconnection device, communication method and system according to the present invention greatly enhance the interoperability and adaptability between OPC-UA based devices (such as PLC controllers) and various third-party devices in the ROS system.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary configuration of an interconnection device 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a block diagram of an exemplary configuration of the ROS node module 142 in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an application example of the interconnection device 2 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows an exemplary flowchart of a communication method between an OPC UA device and a ROS device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows an exemplary flowchart of a communication method between a ROS device and an OPC UA device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of a system 60 including a robot according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows a block diagram of an exemplary configuration of the robot control system 6062 in FIG. 6.
  • FIG. 8 shows a schematic diagram of a system 80 including a robot according to another embodiment of the invention.
  • ROS interface unit 142 ROS node module
  • ROS client library module 146, 246 ROS core module
  • S404 The interconnected device enters the received information.
  • S406 The interconnected device transmits the processed information.
  • ROS equipment sends a letter to the interconnected equipment
  • S504 The interconnected device enters the received information.
  • S506 The interconnected device transmits the processed information.
  • 60, 80 systems including robots 602: equipment
  • controllers 606, 806 robots
  • 6062, 8062 Robot control system 60622, 80622: ROS subscription node module
  • OPC UA client module 808 Automatic guided transport vehicle
  • the term “including” and variations thereof mean open terms, meaning “including but not limited to.”
  • the term “based on” means “based at least in part on.”
  • the terms “one embodiment” and “an embodiment” mean “at least one embodiment.”
  • the term “another embodiment” means “at least one other embodiment.”
  • the terms “first”, “second”, etc. may refer to different or the same objects. Other definitions can be included below, either explicitly or implicitly. Unless the context clearly indicates otherwise, the definition of a term is consistent throughout the specification.
  • OPC Object Linking and Embedding for Process Control
  • OPC Object Linking and Embedding for Process Control
  • ROS Robot, Operating System, Robot Operating System
  • an interconnection device which can implement communication between a ROS-based device and an OPC-UA based device.
  • the new OPCUA standard can be integrated into the existing ROS network, so that OPCUA devices can access ROS network information in a unified way defined by OPCUA.
  • ROS-compatible devices in the ROS network can access the OPC UA standard without modifying hardware or software, and exchange information with OPC UA-based devices or networks.
  • OPC Object Linking and Embedding for Process Control
  • OPC and UA compatible devices in the system are collectively referred to as OPC and UA devices.
  • Devices based on the ROS (Robot Operating System) framework or ROS compatible devices in the ROS network are collectively referred to as ROS devices.
  • ROS devices Robot Operating System
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of an interconnection device 1 that can implement communication between an OPC UA device and a ROS device according to an embodiment of the present invention.
  • the interconnection device 1 includes a first OPC UA interface unit 12 and a ROS interface unit 14.
  • the interconnection device 1 establishes a connection with the OPC UA device via the first OPC UA interface unit 12.
  • the OPC UA device may be, for example, a PLC (Programmable Logic Controller).
  • the ROS interface unit 14 includes at least one ROS node module 142, a ROS client library module 144, and a ROS core module 146.
  • the ROS node module 142 can perform communication between the OPC UA device and the ROS device.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an exemplary configuration of the ROS node module 142 in FIG. 1.
  • the ROS node module 142 may include a ROS release node module 1422 and a ROS service node module 1424.
  • the communication mode of ROS nodes can be based on the publish and subscribe mechanism, that is, the topic communication mode.
  • a ROS node can emit this message by posting information to a given topic.
  • the "subject" described here is a name for identifying the content of the information.
  • ROS nodes interested in a certain type of data can subscribe to topics related to that type of data. As long as a node sends information about the topic, a ROS node subscribing to the topic can receive the message.
  • the transmitted data can be interacted in a many-to-many manner. However, if a request or response needs to be obtained from a certain node, it cannot be achieved through topic communication. In this case, a service communication method can be adopted, which allows direct interaction with a node.
  • the subject communication mode between the OPC UA device and the ROS device can be realized through the ROS publishing node module 1422.
  • the ROS publishing node module 1422 publishes the information received from the first OPC UA interface unit 12 to the related ROS device.
  • the related ROS device described here is a ROS subscribed to a topic related to the received information. device.
  • the ROS service node module 1424 can implement a service communication mode between an OPC UA device and a ROS device. Specifically, the ROS service node module 1424 converts the information received from the first OPC UA interface unit 12 into a format that can be called by the ROS device, and sends the formatted information to the ROS device. After receiving the information, the ROS device can respond to the information.
  • the ROS client library module 144 may provide a function library to be called when the ROS node module 142 performs communication.
  • the ROS core module 146 is used to manage a ROS node module 142 in the ROS interface unit 14 and a node module in a ROS device external to the interconnection device 1. For example, the ROS release node module 1422 and the ROS service node module 1424 in the ROS node module 142 must be registered on the ROS core module 146.
  • the interconnection device 1 may be connected to the OPC UA device by connecting the first OPC UA interface unit 12 and a second OPC UA interface unit included in the OPC UA device.
  • the first OPC UA interface unit 12 may be implemented as a client or a server.
  • the first OPC UA interface unit 12 is implemented as an OPC UA server, and in the case where the second OPC UA interface unit is implemented as an OPC UA server
  • the first OPC UA interface unit 12 is implemented as an OPC UA client.
  • the interconnection device 1 may adopt a Linux operating system.
  • FIG. 3 shows an application example of the interconnection device 2 according to an embodiment of the present invention.
  • the OPC UA device 4 communicates with the ROS device 6 via the interconnection device 2.
  • the interconnection device 2 and the OPC UA device 4 and the ROS device 6 may be connected through an Ethernet port.
  • the connection mode of the interconnection device 2 with the OPC UA device 4 and the ROS device 6 is not limited to the Ethernet port, and can also be connected through ports such as Profinet, USB, and RS232.
  • the interconnection device 2 in FIG. 3 includes a first OPC UA interface unit 22 and a ROS interface unit 24.
  • the ROS interface unit 24 includes a ROS client library module 244 and a ROS core module 246, and a ROS release node module 2422 and a ROS service node module. 2424.
  • the ROS release node module 2422 communicates with the first OPC UA interface unit 22 and the ROS device 6 in a subject manner, and the ROS service node module 2424 communicates with the first OPC UA interface unit 22 and the ROS device 6 in a service manner.
  • the communication function between the OPC UA device 4 and the ROS device 6 can be realized.
  • the ROS publishing node module 2422 can publish specific topics for subscription, and the ROS service node module 2424 can provide services. For invocation.
  • the operations of the first OPC UA interface unit 22, the ROS client library module 244, and the ROS core module 246 in FIG. 3 are similar to those of the corresponding modules in FIG. 1, and are not repeated here.
  • FIG. 4 shows an exemplary flowchart of a communication method between an OPC UA device and a ROS device according to an embodiment of the present invention.
  • the method 400 shown in FIG. 4 is performed by connecting an interconnection device 1 or 2 as described above between the OPC UA device and the ROS device.
  • the OPC UA device sends information to the interconnected device.
  • the interconnection device performs a protocol conversion process on the received information.
  • the first OPC UA interface unit in the interconnection device can receive commands and data from the OPC UA device via the OPC UA protocol, and the interconnection device converts the OPC UA protocol to the protocol conversion processing of the ROS protocol, so that the OPC UA device can access ROS equipment.
  • the interconnected device transmits the processed information to the ROS device for communication between the OPC UA device and the ROS device.
  • FIG. 5 shows an exemplary flowchart of a communication method between a ROS device and an OPC UA device according to an embodiment of the present invention.
  • the method 500 shown in FIG. 5 is also performed by connecting an interconnection device 1 or 2 as described above between the ROS device and the OPC UA device.
  • the ROS device sends information to the interconnected device.
  • the interconnection device performs a protocol conversion process on the received information.
  • the ROS interface unit in the interconnected device can receive commands and data from the ROS device via the ROS protocol, and the interconnected device performs protocol conversion processing to convert the ROS protocol to the OPC protocol, so that the ROS device can call the OPC server Related Services.
  • the interconnected device transmits the processed information to the OPC UA device for communication between the OPC UA device and the ROS device.
  • the interconnection device 1 or 2 described above with reference to FIGS. 1-3, and details are not described herein again.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of a system 60 including a robot according to one embodiment of the invention.
  • the system 60 may include at least one device 602, a controller 604, at least one robot 606, and the interconnected devices 1 or 2 described above with reference to FIGS. 1-3.
  • the following description uses the system 60 including the interconnection device 2 as an example for description.
  • the controller 604 is an OPC UA device for controlling the device 602, and the robot 606 is a ROS device.
  • the controller 604 can control the robot 606 to interact with the device 602 through the interconnection device 2.
  • the controller 604 may be a PLC (programmable logic controller).
  • the controller 604 may include a second OPC UA interface unit (not shown in FIG. 6, see 8042 in FIG. 8 below). By connecting the second OPC UA interface unit with the first OPC UA interface unit of the interconnection device 2 22 connection, so that the controller 604 can establish a connection with the interconnection device 2.
  • the first OPC UA interface unit 22 in the interconnect device 2 is implemented as an OPC UA client; when the second OPC UA interface unit is implemented as an OPC UA client Next, the first OPC UA interface unit 22 is implemented as an OPC UA server.
  • a system 60 including a robot according to an embodiment of the present invention may also include a plurality of robots, and the controller 604 may control the plurality of robots through the interconnection device 2.
  • the operation process of the controller 604 controlling multiple robots is similar to the operation process of controlling one robot 606, which is not repeated here.
  • the robot 606 may include a robot control system 6062, which is used to control the robot 606.
  • the robot 606 may be connected to the interconnection device 2 via a robot control system 6062.
  • FIG. 7 shows a block diagram of an exemplary configuration of the robot control system 6062 in FIG. 6.
  • the robot control system 6062 includes a ROS subscription node module 60622, a ROS client node module 60624, and a ROS control package module 60626.
  • the ROS subscription node module 60622 is used to register at the ROS core module 246 of the interconnect device 2 so that the robot 606 can subscribe to topics.
  • the ROS client node module 60624 is used for registration at the ROS core module 246, so that the robot 606 can call a service.
  • the ROS control package module 60626 is used to manage the ROS subscription node module 60622 and the ROS client node module 60624.
  • the system 80 shown in FIG. 8 includes an automated production line 802, a controller 804, a robot 806, and an interconnection device 2.
  • the interconnection device 2 is a gateway device.
  • the controller 804 may be a PLC controller for controlling the production of the automated production line 802.
  • the controller 804 includes an OPC UA server module 8042, which can communicate with the outside using the OPC UA protocol.
  • the interconnection device 2 includes an OPC client module 82, and the OPC server module 8042 of the controller 804 is connected to the OPC client module 82 of the interconnection device 2, thereby establishing a connection between the controller 804 and the interconnection device 2.
  • the robot 806 may be a ROS-compatible industrial robot, which includes a robot control system 8062.
  • the robot 806 may be connected to the interconnection device 2 via a robot control system 8062.
  • the controller 804 may control the robot control system 8062 via the interconnection device 2 to control the robot 806.
  • ROS subscription node module 80622 ROS client node module 80624, and ROS control package module 80626. Operations with the corresponding modules described above with reference to FIGS. 2 and 7. Similarly, I will not repeat them here.
  • FIG. 8 also shows an Automated Guided Vehicle 808 (Automated Guided Vehicle, AGV), which is a third-party device compatible with ROS.
  • AGV Automated Guided Vehicle
  • the robot control system 8062 can also control the robot 806 to interact with the AGV 808.
  • a controller includes an OPC server module and an interconnection device includes an OPC client module.
  • the controller may include an OPC client module and interact with each other.
  • the connected device includes an OPC UA server module. In this case, the operation of the controller and the interconnected device is similar and will not be repeated here.
  • the following describes an exemplary workflow of the system 80 shown in FIG. 8 by taking the automated production line 802 as an automated production line for packaging products.
  • the initialization process can include:
  • the ROS publishing node module 2422 is registered with the ROS core module 246 to publish a specific topic.
  • the ROS subscription node module 80622 is registered with the ROS core module 246 to subscribe to specific topics.
  • the ROS control package module 80626 registers all the node modules it manages with the ROS core module 246.
  • the ROS service node module 2424 and the ROS client node module 80624 are registered with the ROS core module 246, so that the robot 806 can communicate in a service manner.
  • the OPC UA client 22 invokes a connection service to establish communication with the OPC UA server module 8042 in the controller 804.
  • the OPC UA client 22 invokes a subscription service to add monitoring variables defined in the address space of the OPC UA server module 8042.
  • the ROS publishing node module 2422 registers a callback function in the OPC UA client 22.
  • the OPC UA client 22 receives data from the OPC UA server module 8042, it will call a callback function to send the data to the ROS publishing node module 2422.
  • the controller 804 can start communicating with the robot 806 through the gateway device 2.
  • a certain device (for example, a sensor) of the automated production line 802 can transmit a control signal to the controller 804 through a digital input channel, and the variable value corresponding to the digital input channel will change from 0 to 1.
  • the OPC UA client 22 in the interconnection device 2 monitors the change of the variable value of the subscribed digital input channel, it will call the interface (that is, callback function) of the ROS publishing node module to transmit the current data.
  • the ROS publishing node module will publish the variable value through the ROS topic, and the ROS subscription node module of the robot control system can obtain the current value through the subscription.
  • the ROS subscription node module When the ROS subscription node module detects a change in the variable value, it sends a control command to the ROS control package.
  • the ROS control package can control the robot to start picking up the packaged product and placing it on the AGV.
  • the AGV product When the AGV product is full, it can send a signal via ROS theme or service communication to notify the robot to place the product on another AGV.
  • ROS devices can access OPC UA network information via standardized OPC UA services, and devices in ROS networks can exchange data and commands with devices in OPC , So as to realize the cooperation between two different devices, so that the devices in the two networks can work independently or in a cooperative manner.
  • the existing ROS compatible devices in the ROS network can be easily integrated from the device layer to the enterprise management layer into the OPC UA-based control network without any changes to the hardware or software .
  • the OPC UA client in the interconnection device receives commands and data from the ROS network via the ROS protocol, converts the ROS protocol to the OPC UA protocol, and finally invokes the relevant information of the OPC UA server service. Therefore, ROS devices can access all standardized OPC UA services. Similarly, OPC UA devices can also access ROS devices.
  • the connection of any device in the ROS network can be developed via a ROS theme or a service communication method.
  • OPC UA-based ROS devices can be integrated into high-level control systems or OPC UA servers in device-level industrial controllers.
  • the interconnection device, communication method and system according to the present invention can provide interfaces of different standards, such as Ethernet, Profinet, USB, RS232, etc., so that the ROS network and the OPC UA network can be easily connected. Therefore, it is easy to integrate ROS robots into existing industrial PLC controllers and different control networks.
  • different standards such as Ethernet, Profinet, USB, RS232, etc.
  • the interconnection device, communication method and system according to the present invention greatly enhance the interoperability and adaptability between OPC-UA based devices (such as PLC controllers) and various third-party devices in the ROS system.

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Abstract

本发明涉及互连设备、通信方法和包括机器人的系统。互连设备包括：一个第一OPC UA接口单元，第一OPC UA接口单元被配置为建立互连设备与OPC UA设备的连接；以及一个ROS接口单元，其与第一OPC UA接口单元通信，ROS接口单元包括：至少一个ROS节点模块，ROS节点模块被配置为执行OPC UA设备与ROS设备的通信；一个ROS客户端库模块，ROS客户端库模块被配置为提供ROS节点模块执行通信时所要调用的函数库；以及一个ROS核心模块，ROS核心模块被配置为管理ROS接口单元中的ROS节点模块和ROS设备中的节点模块。通过本发明提供的互连设备和通信方法，可以实现OPC UA设备与ROS设备之间的通信。

Description

互连设备、通信方法和包括机器人的系统 技术领域
本发明通常涉及工业标准化领域，更具体地，涉及一种互连设备、通信方法和包括机器人的系统。
背景技术
OPC UA(OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)Unified Architecture，用于过程控制的对象链接和嵌入统一架构)作为一种新的工业4.0标准化通信协议，其目标在于实现工业自动化中各种现场总线之间的互联性和互操作性。这实现了从企业设备级到管理级的信息集成。越来越多的工业制造商提供可以支持OPC UA的产品，例如PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)。
另一方面，已经进行了很多工作来通过OPC UA实现异构网络集成，例如，从Profibus(过程现场总线)和Modbus协议到OPC(OLE for Process Control，用于过程控制的OLE(Object Linking and Embedding))数据的转换、用于将第三方DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)过程数据转换为OPC数据的OPC网关以及用于从不同供应商设备收集数据的统一的OPC UA网关。
ROS(Robot Operating System，机器人操作系统)作为一种用于机器人开发的灵活框架，提供了工具和库的集合，能够为异质计算机集群提供类似操作系统的功能。其可以简化开发任务的复杂性，并且使得跨机器人平台上的机器人行为更加鲁棒。到目前为止，超过120个机器人平台使用ROS，并且ROS可用的第三方软件库超过2000。机器人供应商还扩展了ROS，将高级机器人软件带到工业自动化领域，在来自数目日益增长的工业机器人供应商的支持下，作为一种开源项目的ROS工业已经启动。机器人是工业4.0中的智能制造和柔性生产的不可或缺的一部分，并且不同工业网络之间的集成具有重要的作用。
希望提供一种能够实现支持OPC UA的设备与支持ROS的设备之间的互联和互操作的方式。
发明内容
在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
根据本发明的一个方面，提供一种互连设备，其实现OPC UA设备与ROS设备之间的通信，包括：一个第一OPC UA接口单元，第一OPC UA接口单元被配置为建立互连设备与OPC UA设备的连接；以及至少一个ROS接口单元，其与第一OPC UA接口单元通信，ROS接口单元包括：至少一个ROS节点模块，ROS节点模块被配置为执行OPC UA设备与ROS设备的通信；一个ROS客户端库模块，ROS客户端库模块被配置为提供ROS节点模块执行通信时所要调用的函数库；以及一个ROS核心模块，ROS核心模块被配置为管理ROS接口单元中的ROS节点模块和ROS设备中的节点模块。
优选地，在上述方面的一个示例中，ROS节点模块包括ROS发布节点模块与ROS服务节点模块中的至少一个，其中，ROS发布节点模块被配置为执行OPC UA设备和ROS设备之间主题方式的通信；以及ROS服务节点模块被配置为执行OPC UA设备和ROS设备之间服务方式的通信。
优选地，在上述方面的一个示例中，ROS发布节点模块进一步被配置为将从第一OPC UA接口单元接收到的信息发布给相关的ROS设备，相关的ROS设备是订阅了与所接收到的信息有关的主题的ROS设备；以及ROS服务节点模块进一步被配置为将从第一OPC UA接口单元接收到的信息转换为ROS设备能够调用的格式，并将转换格式后的信息发送给ROS设备。
优选地，在上述方面的一个示例中，第一OPC UA接口单元能够与OPC UA设备中包括的一个第二OPC UA接口单元连接，以使得互连设备与OPC UA设备建立连接。
优选地，在上述方面的一个示例中，在第二OPC UA接口单元为OPC UA客户端的情况下，第一OPC UA接口单元为OPC UA服务器；以及在第二OPC UA接口单元为OPC UA服务器的情况下，第一OPC UA接口单元为OPC UA客户端。
优选地，在上述方面的一个示例中，OPC UA设备是可编程逻辑控制器(PLC)。
优选地，在上述方面的一个示例中，互连设备设置的接口选自包括以太网、Profinet、USB以及RS232构成的组。
根据本申请的另一方面，提供一种OPC UA设备与ROS设备之间的通信方法，包括：OPC UA设备向根据以上的互连设备发送信息；互连设备对接收到的信息进行协议转换处理；互连设备将处理后的信息传送至ROS设备，以进行OPC UA设备与ROS设备之间的通信。
一种ROS设备与OPC UA设备之间的通信方法，包括：ROS设备向根据以上所述的互连设备发送信息；互连设备对接收到的信息进行协议转换处理；互连设备将处理后的信息传送至OPC UA设备，以进行ROS设备与OPC UA设备之间的通信。
根据本申请的另一方面，提供一种包括机器人的系统，包括：至少一个设备；一个控制器，控制器控制设备；一个机器人；以及根据以上的互连设备，其中，控制器是OPC UA设备，机器人是ROS设备，以及控制器被配置为经由互连设备控制机器人与设备进行交互。
优选地，在上述方面的一个示例中，控制器包括一个第二OPC UA接口单元，控制器被配置为经由第二OPC UA接口单元与互连设备连接。
优选地，在上述方面的一个示例中，机器人包括一个机器人控制系统，机器人控制系统控制机器人，机器人经由机器人控制系统与互连设备连接。
优选地，在上述方面的一个示例中，机器人控制系统包括：一个ROS订阅节点模块，ROS订阅节点模块被配置为在互连设备的ROS核心模块处进行注册，以使机器人能够订阅主题；一个ROS客户端节点模块，ROS客户端节点模块被配置为在ROS核心模块处进行注册，以使机器人能够调用服务；以及ROS控制包模块，ROS控制包模块被配置为管理ROS订阅节点模块和ROS客户端节点模块。
优选地，在上述方面的一个示例中，所述设备可以是自动化生产线。
优选地，在上述方面的一个示例中，机器人控制系统进一步被配置为控制机器人与第三方ROS设备进行交互。
优选地，在上述方面的一个示例中，所述控制器为可编程逻辑控制器。
根据本发明的互连设备、通信方法和系统，ROS设备可以经由标准化的OPC UA服务访问OPC UA网络信息，ROS网络中的设备可以与OPC UA网络中的设备交换数据和命令，从而实现两种不同设备之间的协作，使得两个网络中的设备既可以独立工作，也可以以协作的方式工作。
根据本发明的互连设备、通信方法和系统，ROS网络中的现有ROS兼容设备可以容易地集成到基于OPC UA的设备层到企业管理层的控制网络中，而不对硬件或者软件进行任何改变。
根据本发明的互连设备、通信方法和系统，互连设备中的OPC UA客户端经由ROS协议从ROS网络接收命令和数据，将ROS协议转换为OPC UA协议，并且最终调用OPC UA服务器的相关服务。因此，ROS设备可以访问所有标准化的OPC UA服务。类似地，OPC UA设备也可以访问ROS设备。
根据本发明的互连设备、通信方法和系统，可以经由ROS主题或者服务通信方式来开发ROS网络中的任何设备的连接。基于OPC UA的ROS设备可以集成到高层控制系统或者设备级的工业控制器中的OPC UA服务器。
根据本发明的互连设备、通信方法和系统可以提供不同标准的接口，例如以太网、Profinet、USB以及RS232等，使得ROS网络和OPC UA网络可以容易地连接。从而，容易将ROS设备集成到现有的工业PLC控制器和不同控制网络中。
根据本发明的互连设备、通信方法和系统极大地增强了基于OPC UA的设备(例如PLC控制器)和ROS系统中的各种第三方设备之间的互操作性和适应性。
附图说明
通过参照下面的附图，可以实现对于本公开内容的本质和优点的进一 步理解。在附图中，类似组件或特征可以具有相同或相似的附图标记。
图1示出了根据本发明的一个实施例的互连设备1的示例性配置的框图；
图2示出了图1中的ROS节点模块142的一种示例性配置的框图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的互连设备2的应用示例；
图4示出了根据本发明的一个实施例、OPC UA设备与ROS设备之间的通信方法的示例性流程图；
图5示出了根据本发明的一个实施例、ROS设备与OPC UA设备之间的通信方法的示例性流程图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的包括机器人的系统60的示意图；
图7示出了图6中的机器人控制系统6062的一种示例性配置的框图；以及
图8示出了根据本发明的另一个实施例的包括机器人的系统80的示意图。
附图标记
1、2：互连设备                 12、22：第一OPC UA接口单元
14、24：ROS接口单元            142：ROS节点模块
144、244：ROS客户端库模块      146、246：ROS核心模块
1422、2422：ROS发布节点模块    1424、2424：ROS服务节点模块
4：OPC UA设备                  6：ROS设备
400：OPC UA设备与ROS设备之     S402：OPC UA设备向互连设备发
间的通信方法                   送信息
S404：互连设备对接收到的信息进 S406：互连设备将处理后的信息传
行协议转换处理                 送至ROS设备设备
500：ROS设备与OPC UA设备之     S502：ROS设备向互连设备发送信
间的通信方法                   息
S504：互连设备对接收到的信息进 S506：互连设备将处理后的信息传
行协议转换处理                 送至OPC UA设备
60、80：包括机器人的系统     602：设备
604、804：控制器             606、806：机器人
6062、8062：机器人控制系统   60622、80622：ROS订阅节点模块
60624、80624：ROS客户端节点  60626、80626：ROS控制包模块
模块
802：自动化生产线            8042：OPC UA服务器模块
82：OPC UA客户端模块         808：自动导引运输车
具体实施方式
现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。例如，所描述的方法可以按照与所描述的顺序不同的顺序来执行，以及各个步骤可以被添加、省略或者组合。另外，相对一些示例所描述的特征在其它例子中也可以进行组合。
如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。
OPC UA(OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)Unified Architecture，用于过程控制的对象链接和嵌入统一架构)作为一种新的工业4.0标准化通信协议，可以实现工业自动化中各种现场总线之间的互联和互操作。ROS(Robot Operating System，机器人操作系统)作为一种用于机器人开发的灵活框架，提供了工具和库的集合，能够为异质计算机集群提供类似操作系统的功能。
然而，到目前为止，几乎没有人关注过将基于ROS的设备与基于OPC  UA的设备互联来实现这两种设备之间的互操作。
根据本发明的一个实施例，提供了一种互连设备，其可以实现基于ROS的设备与基于OPC UA的设备之间的通信。
通过实现OPC UA和ROS协议之间的转换，可以将新的OPC UA标准集成到现有的ROS网络中，使得OPC UA设备以由OPC UA定义的统一的方式来访问ROS网络信息。类似地，利用该网关装置，ROS网络中的ROS兼容设备可以在不修改硬件或软件的情况下访问OPC UA标准，并且与基于OPC UA的设备或网络交换信息。
在本申请文件中，为了使得表述更加简明，将支持OPC UA(OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)Unified Architecture，用于过程控制的对象链接和嵌入统一架构)协议的设备或者是OPC UA网络中的OPC UA兼容设备都统称为OPC UA设备，将基于ROS(Robot Operating System，机器人操作系统)框架的设备或者是ROS网络中的ROS兼容设备都统称为ROS设备，本领域技术人员可以清楚地理解OPC UA设备和ROS设备的含义。
现在结合附图来描述根据本发明的实施例的互连设备、通信方法和包括机器人的系统。
图1示出了根据本发明的一个实施例的、可以实现OPC UA设备与ROS设备之间的通信的互连设备1的示意图。
如图1所示，互连设备1包括第一OPC UA接口单元12和ROS接口单元14。互连设备1经由第一OPC UA接口单元12与OPC UA设备建立连接。OPC UA设备例如可以是PLC(可编程逻辑控制器)。
ROS接口单元14包括至少一个ROS节点模块142、一个ROS客户端库模块144和一个ROS核心模块146。
ROS节点模块142可以执行OPC UA设备与ROS设备的通信。
图2示出了图1中的ROS节点模块142的一种示例性配置的框图。如图2所示，ROS节点模块142可以包括ROS发布节点模块1422和ROS服务节点模块1424。
在ROS网络中，ROS节点的通信方式可以基于发布和订阅机制进行，即主题通信方式。例如，ROS节点可以通过将信息发布到给定主题来发出 该消息。这里所述的“主题”是用于标识信息的内容的名称。对某种类型的数据感兴趣的ROS节点可以订阅与该类数据相关的主题。只要有节点发出针对该主题信息，订阅该主题的ROS节点就可以接收到该消息。在主题通信方式下，发送的数据能够以多对多的方式交互。然而，如果需要从某个节点获得一个请求或应答时，就不能通过主题通信方式来实现了。在这种情况下，可以采用服务通信方式，能够允许直接与某个节点进行交互。
在本发明的示例中，通过ROS发布节点模块1422可以实现OPC UA设备与ROS设备之间的主题通信方式。具体地，ROS发布节点模块1422将从第一OPC UA接口单元12接收到的信息发布给相关的ROS设备，这里所述的相关的ROS设备是订阅了与所接收到的信息有关的主题的ROS设备。
ROS服务节点模块1424可以实现OPC UA设备与ROS设备之间的服务通信方式。具体地，ROS服务节点模块1424将从第一OPC UA接口单元12接收到的信息转换为ROS设备能够调用的格式，并将转换格式后的信息发送给ROS设备。ROS设备在收到信息之后，可以对该信息做出响应。
ROS客户端库模块144可以提供ROS节点模块142执行通信时所要调用的函数库。
ROS核心模块146用于管理ROS接口单元14中的ROS节点模块142和互连设备1外部的ROS设备中的节点模块。例如，ROS节点模块142中的ROS发布节点模块1422和ROS服务节点模块1424都要在ROS核心模块146上进行注册。
在一个示例中，可以通过将第一OPC UA接口单元12与OPC UA设备中所包括的第二OPC UA接口单元连接来使得互连设备1与OPC UA设备建立连接。
本领域技术人员可以理解，第一OPC UA接口单元12可以实现为客户端，也可以实现为服务器。在OPC UA设备中包括的第二OPC UA接口单元实现为OPC UA客户端的情况下，第一OPC UA接口单元12实现为OPC UA服务器，在第二OPC UA接口单元实现为OPC UA服务器的情况下，第一OPC UA接口单元12则实现为OPC UA客户端。
优选地，根据本发明的一个实施例的互连设备1可以采用Linux操作系 统。
图3示出了根据本发明的一个实施例的互连设备2的应用示例。在图3中，OPC UA设备4经由互连设备2和ROS设备6进行通信。
在一个实例中，互连设备2与OPC UA设备4和ROS设备6可以通过以太网端口连接。本领域技术人员可以理解，互连设备2与OPC UA设备4和ROS设备6的连接方式不限于以太网端口，也可以通过例如Profinet、USB以及RS232等端口来进行连接。
图3中的互连设备2包括第一OPC UA接口单元22和ROS接口单元24，ROS接口单元24包括ROS客户端库模块244和ROS核心模块246，以及ROS发布节点模块2422和ROS服务节点模块2424。
ROS发布节点模块2422与第一OPC UA接口单元22和ROS设备6之间采用主题方式进行通信，ROS服务节点模块2424与第一OPC UA接口单元22和ROS设备6之间采用服务方式进行通信。
通过ROS发布节点模块2422和ROS服务节点模块2424，可以实现OPC UA设备4与ROS设备6的通信功能，例如ROS发布节点模块2422可以发布特定的主题以供订阅，ROS服务节点模块2424可以提供服务以供调用。
图3中的第一OPC UA接口单元22、ROS客户端库模块244和ROS核心模块246的操作与图1中的相应模块的操作类似，在此不再赘述。
图4示出了根据本发明的一个实施例、OPC UA设备与ROS设备之间的通信方法的示例性流程图。
图4所示的方法400是通过在OPC UA设备与ROS设备之间连接一个如以上所述的互连设备1或2来执行的。
如图4所示，在方框S402，OPC UA设备向互连设备发送信息。
在方框S404，互连设备对接收到的信息进行协议转换处理。
其中，例如互连设备中的第一OPC UA接口单元可以经由OPC UA协议从OPC UA设备接收命令和数据，互连设备将OPC UA协议转换为ROS协议的协议转换处理，从而OPC UA设备可以访问ROS设备。
在方框S406，互连设备将处理后的信息传送至ROS设备，以进行OPC UA设备与ROS设备之间的通信。
图5示出了根据本发明的一个实施例、ROS设备与OPC UA设备之间的通信方法的示例性流程图。
图5所示的方法500同样是通过在ROS设备与OPC UA设备之间连接一个如以上所述的互连设备1或2来执行的。
如图5所示，在方框S502，ROS设备向互连设备发送信息。
在方框S504，互连设备对接收到的信息进行协议转换处理。
其中，例如互连设备中的ROS接口单元可以经由ROS协议从ROS设备接收命令和数据，由互连设备进行协议转换处理，将ROS协议转换为OPC UA协议，从而ROS设备可以调用OPC UA服务器的相关服务。
在方框S506，互连设备将处理后的信息传送至OPC UA设备，以进行OPC UA设备与ROS设备之间的通信。方框S404和方框S504的操作可以参见上面参照图1-3描述的互连设备1或2的操作，在此不再赘述。
图6示出了根据本发明的一个实施例的包括机器人的系统60的示意图。
如图6所示，系统60可以包括：至少一个设备602、控制器604、至少一个机器人606以及以上参照图1-3所描述的互连设备1或2。下文中以系统60包括互连设备2为例进行说明。
在系统60中，控制器604是OPC UA设备，用于控制设备602，机器人606是ROS设备，控制器604可以通过互连设备2来控制机器人606与设备602进行交互。在一个示例中，控制器604可以是PLC(可编程逻辑控制器)。
控制器604可以包括一个第二OPC UA接口单元(图6中未示出，可参见下面图8中的8042)，通过将第二OPC UA接口单元与互连设备2的第一OPC UA接口单元22连接，使得控制器604可以与互连设备2建立连接。
在第二OPC UA接口单元实现为OPC UA服务器的情况下，互连设备2中的第一OPC UA接口单元22实现为OPC UA客户端；在第二OPC UA接口单元实现为OPC UA客户端的情况下，第一OPC UA接口单元22实现为OPC UA服务器。
图6中只示出了一个机器人606，然而，根据本发明的一个实施例的包括机器人的系统60也可以包括多个机器人，控制器604可以通过互连设备 2来控制多个机器人。本领域技术人员可以理解，控制器604控制多个机器人的操作过程与控制一个机器人606的操作过程类似，在此不再赘述。
机器人606可以包括一个机器人控制系统6062，机器人控制系统6062用于控制机器人606。机器人606可以经由机器人控制系统6062与互连设备2连接。图7示出了图6中的机器人控制系统6062的一种示例性配置的框图。如图7所示，机器人控制系统6062包括：ROS订阅节点模块60622、ROS客户端节点模块60624和ROS控制包模块60626。
其中，ROS订阅节点模块60622用于在互连设备2的ROS核心模块246处进行注册，以使机器人606能够订阅主题。
ROS客户端节点模块60624用于ROS核心模块246处进行注册，以使机器人606能够调用服务。
ROS控制包模块60626用于管理ROS订阅节点模块60622和ROS客户端节点模块60624。
下面参照图8描述根据本发明的另一个实施例的包括机器人的系统80的操作。
在图8所示的系统80中，包括自动化生产线802、控制器804、机器人806和互连设备2。
在图8所示的实施例中，互连设备2为一个网关设备。
其中，控制器804可以是一个PLC控制器，用于控制自动化生产线802的生产。控制器804包括一个OPC UA服务器模块8042，可以采用OPC UA协议与外部通信。
互连设备2包括一个OPC UA客户端模块82，控制器804的OPC UA服务器模块8042与互连设备2的OPC UA客户端模块82连接，从而建立了控制器804与互连设备2的连接。
机器人806可以是兼容ROS的工业机器人，其包括一个机器人控制系统8062。机器人806可以经由机器人控制系统8062与互连设备2连接。
图8中只示出了一个机器人806，然而本领域技术人员可以理解，系统80也可以包括多个机器人。
控制器804可以经由互连设备2控制机器人控制系统8062，从而对机器人806进行控制。
互连设备2的各个模块、机器人控制系统8062所包括的各个模块ROS订阅节点模块80622、ROS客户端节点模块80624和ROS控制包模块80626与以上参照图2和图7所描述的相应模块的操作类似，在此不做赘述。
图8中还示出一个自动导引运输车808(Automated Guided Vehicle，AGV)，AGV是一个兼容ROS的第三方设备。机器人控制系统8062还可以控制机器人806与AGV 808进行交互。
在图8的示例中，以控制器包括OPC UA服务器模块而互连设备包括OPC UA客户端模块为例进行说明，本领域技术人员可以理解，也可以是控制器包括OPC UA客户端模块而互连设备包括OPC UA服务器模块，在这种情况下，控制器和互连设备的操作类似，在此不再赘述。
下面以自动化生产线802是一个对产品进行包装的自动化生产线为例，说明图8所示的系统80的示例性工作流程。
首先需要要对系统80中的网关装置2和ROS设备(机器人)806进行初始化。初始化的过程可以包括：
ROS发布节点模块2422在ROS核心模块246注册，来发布特定的主题。
ROS订阅节点模块80622在ROS核心模块246注册，来订阅特定的主题。
ROS控制包模块80626在ROS核心模块246注册其管理的所有节点模块。
ROS服务节点模块2424和ROS客户端节点模块80624在ROS核心模块246注册，使得机器人806可以以服务方式来进行通信。
OPC UA客户端22调用连接服务来建立与控制器804中的OPC UA服务器模块8042的通信。
OPC UA客户端22调用订阅服务来添加OPC UA服务器模块8042的地址空间中定义的监控变量。
ROS发布节点模块2422在OPC UA客户端22注册回调函数。当OPC UA客户端22从OPC UA服务器模块8042接收数据时，将调用回调函数来将数据发送至ROS发布节点模块2422。
在完成系统80中的网关装置2和机器人806的初始化过程之后，控制 器804就可以开始通过网关装置2和机器人806进行通信。
下面描述在自动化生产线802完成了每个产品的包装之后，控制器804对机器人806的控制过程的一个具体示例。
自动化生产线802的某个设备(例如传感器)可以通过数字输入通道向控制器804传送一个控制信号，对应于该数字输入通道的变量值将从0改变为1。
当互连设备2中的OPC UA客户端22监控到订阅的数字输入通道的变量值的改变，将调用ROS发布节点模块的接口(即回调函数)来传送当前数据。
ROS发布节点模块将通过ROS主题发布变量值，机器人控制系统的ROS订阅节点模块可以通过订阅获得当前值。
当ROS订阅节点模块检测到变量值的改变时，向ROS控制包发送控制命令，ROS控制包可以控制机器人开始将包装好的产品拾起并放置到AGV上。
当AGV产品装满了，它可以通过ROS主题或者服务通信方式发送信号来通知机器人要将产品放置在另一个AGV上。
以上所描述的系统80的工作流程仅仅是OPC UA设备和ROS设备进行通信的一个具体示例，本领域技术人员可以理解，通过根据本发明的一个实施例的互连设备，OPC UA设备和ROS设备之间可以进行任意需要的通信，而并不限于上述工作流程。
通过以上描述可知，根据本发明的互连设备、通信方法和系统，ROS设备可以经由标准化的OPC UA服务访问OPC UA网络信息，ROS网络中的设备可以与OPC UA网络中的设备交换数据和命令，从而实现两种不同设备之间的协作，使得两个网络中的设备既可以独立工作，也可以以协作的方式工作。
根据本发明的互连设备、通信方法和系统，ROS网络中的现有ROS兼容设备可以容易地从设备层到企业管理层集成到基于OPC UA的控制网络中，而不对硬件或者软件进行任何改变。
根据本发明的互连设备、通信方法和系统，互连设备中的OPC UA客户端经由ROS协议从ROS网络接收命令和数据，将ROS协议转换为OPC  UA协议，并且最终调用OPC UA服务器的相关服务。因此，ROS设备可以访问所有标准化的OPC UA服务。类似地，OPC UA设备也可以访问ROS设备。
根据本发明的互连设备、通信方法和系统，可以经由ROS主题或者服务通信方式来开发ROS网络中的任何设备的连接。基于OPC UA的ROS设备可以集成到高层控制系统或者设备级的工业控制器中的OPC UA服务器。
根据本发明的互连设备、通信方法和系统可以提供不同标准的接口，例如以太网、Profinet、USB以及RS232等，使得ROS网络和OPC UA网络可以容易地连接。从而，容易将ROS机器人集成到现有的工业PLC控制器和不同控制网络中。
根据本发明的互连设备、通信方法和系统极大地增强了基于OPC UA的设备(例如PLC控制器)和ROS系统中的各种第三方设备之间的互操作性和适应性。
上面结合附图阐述的具体实施方式描述了示例性实施例，但并不表示可以实现的或者落入权利要求书的保护范围的所有实施例。在整个本说明书中使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。
本公开内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

Claims (16)

  1. 互连设备(1，2)，其实现OPC UA设备(4)与ROS设备(6)之间的通信，包括：
    一个第一OPC UA接口单元(12，22)，所述第一OPC UA接口单元(12，22)被配置为建立所述互连设备(1，2)与所述OPC UA设备(4)的连接；以及
    至少一个ROS接口单元(14，24)，其与所述第一OPC UA接口单元(12，22)通信，所述ROS接口单元(14，24)包括：
    至少一个ROS节点模块(142)，所述ROS节点模块(142)被配置为执行所述OPC UA设备(4)与所述ROS设备(6)的通信；
    一个ROS客户端库模块(144，244)，所述ROS客户端库模块(144，244)被配置为提供所述ROS节点模块(142)执行通信时所要调用的函数库；以及
    一个ROS核心模块(146，246)，所述ROS核心模块(146，246)被配置为管理所述ROS接口单元(14，24)中的ROS节点模块(142)和所述ROS设备(6)中的节点模块。
  2. 如权利要求1所述的互连设备，其中，所述ROS节点模块(142)包括ROS发布节点模块(1422，2422)与ROS服务节点模块(1424，2424)中的至少一个，其中，
    所述ROS发布节点模块(1422，2422)被配置为执行所述OPC UA设备(4)和所述ROS设备(6)之间主题方式的通信；以及
    所述ROS服务节点模块(1424，2424)被配置为执行所述OPC UA设备(4)和所述ROS设备(6)之间服务方式的通信。
  3. 如权利要求2所述的互连设备，其中，
    所述ROS发布节点模块(1422，2422)进一步被配置为将从所述第一OPC UA接口单元(12，22)接收到的信息发布给相关的ROS设备(6)，所述相关的ROS设备(6)是订阅了与所接收到的信息有关的主题的ROS设 备(6)；以及
    所述ROS服务节点模块(1424，2424)进一步被配置为将从所述第一OPC UA接口单元(12，22)接收到的信息转换为所述ROS设备(6)能够调用的格式，并将转换格式后的信息发送给所述ROS设备(6)。
  4. 如权利要求1所述的互连设备，其中，所述第一OPC UA接口单元(12，22)能够与所述OPC UA设备(4)中包括的一个第二OPC UA接口单元连接。
  5. 如权利要求4所述的互连设备，其中，
    在所述第二OPC UA接口单元为OPC UA客户端的情况下，所述第一OPC UA接口单元(12，22)为OPC UA服务器；以及
    在所述第二OPC UA接口单元为OPC UA服务器的情况下，所述第一OPC UA接口单元(12，22)为OPC UA客户端。
  6. 如权利要求1所述的互连设备，其中，所述OPC UA设备(4)是可编程逻辑控制器。
  7. 如权利要求1所述的互连设备，其中，所述互连设备(1，2)设置的接口选自包括以太网、Profinet、USB以及RS232构成的组。
  8. 一种OPC UA设备与ROS设备之间的通信方法，包括：
    OPC UA设备向根据权利要求1-7中任意一项所述的互连设备发送信息；
    所述互连设备对接收到的信息进行协议转换处理；
    所述互连设备将处理后的信息传送至ROS设备，以进行所述OPC UA设备与所述ROS设备之间的通信。
  9. 一种ROS设备与OPC UA设备之间的通信方法，包括：
    ROS设备向根据权利要求1-7中任意一项所述的互连设备发送信息；
    所述互连设备对接收到的信息进行协议转换处理；
    所述互连设备将处理后的信息传送至OPC UA设备，以进行所述ROS设备与所述OPC UA设备之间的通信。
  10. 包括机器人的系统(60，80)，包括：
    至少一个设备(602)；
    一个控制器(604，804)，所述控制器(604，804)控制所述设备(602)；
    至少一个机器人(606，806)；以及
    根据权利要求1-7中任意一项所述的互连设备(1，2)，其中，
    所述控制器(604，804)是OPC UA设备，所述机器人(606，806)是ROS设备，以及所述控制器(604，804)被配置为经由所述互连设备(1，2)控制所述机器人(606，806)与所述设备(602)进行交互。
  11. 如权利要求10所述的系统(60，80)，其中，
    所述控制器(804)包括一个第二OPC UA接口单元(8042)，所述控制器(804)被配置为经由所述第二OPC UA接口单元(8042)与所述互连设备(1，2)连接。
  12. 如权利要求10所述的系统(60，80)，其中，
    所述机器人(606，806)包括一个机器人控制系统(6062，8062)，所述机器人控制系统(6062，8062)控制所述机器人(606，806)的操作，所述机器人(606，806)经由所述机器人控制系统(6062，8062)与所述互连设备(1，2)连接。
  13. 如权利要求10所述的系统(60，80)，其中，所述机器人控制系统(6062，8062)包括：
    一个ROS订阅节点模块(60622，80622)，所述ROS订阅节点模块(60622，80622)被配置为在所述互连设备(1，2)的ROS核心模块(146，246)处进行注册，以使所述机器人(606，806)能够订阅主题；
    一个ROS客户端节点模块(60624，80624)，所述ROS客户端节点模块(60624，80624)被配置为在所述ROS核心模块(146，246)处进行注册，以使所述机器人(606，806)能够调用服务；以及
    ROS控制包模块(60626，80626)，所述ROS控制包模块(60626，80626)被配置为管理所述ROS订阅节点模块(60622，80622)和所述ROS客户端节点模块(60624，80624)。
  14. 如权利要求10所述的系统(60，80)，其中，所述设备(602)是自动化生产线。
  15. 如权利要求12所述的系统(60，80)，其中，所述机器人控制系统(6062，8062)进一步被配置为控制所述机器人(606，806)与第三方ROS设备(808)进行交互。
  16. 如权利要求10所述的系统(60，80)，其中，所述控制器(604，804)为可编程逻辑控制器。
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