ICS25.040.30 J28 中华人民共和国国家标准 GB/T29825—2013 机 器人通信总线协议 RobotGeneralBuscommunicationprotocol 2013-11-12发布 2014-04-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 引言 Ⅱ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 缩略语 2 …………………………………………………………………………………………………… 5 机械标准 2 ………………………………………………………………………………………………… 6 电气标准 2 ………………………………………………………………………………………………… 7 协议格式与程序实现 2 …………………………………………………………………………………… 附录A(资料性附录) 应用实例描述 11 ……………………………………………………………………GB/T29825—2013 前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国自动化系统与集成标准化技术委员会(SAC/TC159)归口。 本标准主要起草单位:中国科学院自动化研究所、北京机械工业自动化研究所、沈阳新松机器人自 动化股份有限公司。 本标准主要起草人:王硕、周超、李恩、张苹、魏洪兴、童上高、杨书评、陈为廉、张爱民、朱伟、王野、 王振华、林山谷、李园、程胜、陈晓鹏。 ⅠGB/T29825—2013 引 言 本标准描述的是一种无主式现场总线协议,该总线具有良好的实时性和可扩展性及较强的抗干扰 性。总线协议由物理层、数据链路层、传输层、应用层组成,其中物理层和数据链路层参照ISO11898标 准,传输层和应用层则允许针对机器人控制需求进行修改。数据链路层采用点对点方式和广播方式相 结合来实现,各模块的地址号采用7位数据表示。传输层采用基于报文头的数据打包方式,在29位报 文头中包含目的地址、源地址、帧号、管道号、帧类型等,并结合相应的数据容错机制,实现可靠传输,提 高总线的利用率,同时,传输层既支持主控制器与从控制器之间的数据通信,又支持从控制器之间的数 据传输。应用层实现机器人系统的各模块间的功能通信,支持大于8字节的数据包的拆分和重组,主要 针对机器人系统中的数据量长度不固定、实时性传输要求高的通信数据的处理。 ⅡGB/T29825—2013 机器人通信总线协议 1 范围 本标准规定了模块化机器人系统中的一种通信总线的数据格式和程序规范,包括协议层次、格式定 义、工作流程。 本标准主要适用于模块化机器人系统中不同功能模块构件之间的数据交互和信息共享。应用于非 模块化机器人中的通信总线亦可参照使用本标准。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 ISO11898-1:2003 道路车辆 控制器区域网络 第1部分:数据链路层和物理信令[Road vehiclesControllerareanetwork(CAN)—Part1:Datalinklayerandphysicalsignalling] ISO11898-2:2003 道路车辆 控制器区域网络 第2部分:高速媒体储存单元[Roadvehicles Controllerareanetwork(CAN)—Part2:High-speedmediumaccessunit] ISO11898-4:2004 道路车辆 控制器区域网络 第4部分:时间触发的通信[Roadvehicles Controllerareanetwork(CAN)—Part4:Time-triggeredcommunication] ISO11898-5:2007 道路车辆 控制器区域网络 第5部分:高速媒体存取单元的低功耗模式 [RoadvehiclesControllerareanetwork(CAN)—Part5:High-speedmediumaccessunitwithlow- powermode] 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 模块化机器人 modularrobot 一种由具有各种尺寸和性能特征的可交换的模块组成,能够被组合成各种不同构形的机器人。 3.2 模块 module 模块化机器人控制的构件单元,具有相对独立的逻辑运算功能或信息处理功能,具有机器人总线标 准接口。 3.3 部件 part 模块的组成部分,具有一定功能。 3.4 帧 frame RobBus总线通信中的基本数据单元,由仲裁域、控制域、数据域、校验域、认证域构成,包含报文 头、数据长度、校验码等信息。 1GB/T29825—2013 3.5 管道 pipe RobBus协议中数据传输的虚拟通路,通过选用不同管道可以实现不同线程数据的并行传输。 3.6 位图 bitmap 二进制代码构成的数据标识,用于标识较长数据传输中各个帧的接收情况。 3.7 RobBus总线接口 RobBusbusinterface 部件与RobBus总线的连接部件,一般要求有一定的计算处理能力,可以是独立的MCU也可以和 部件共用一个MCU。 3.8 RobBus节点 RobBusnode 若干个部件和一个RobBus总线接口组成的符合RobBus协议标准的构件。 3.9 报文标识符 identifier 要传送的报文有特征标识符。 4 缩略语 下列缩略语适用于本文件。 CAN:控制器局域网(ControllerAreaNetwork) RobBus:机器人通用通信总线(RobotGeneralBus) RBI:RobBus总线接口(RobBusBusInterface) 5 机械标准 RobBus总线的通信接口机械标准按ISO11898-2:2003中第5章第3节的规定。 6 电气标准 RobBus总线的通信接口电气标准按ISO11898-4:2004中第5章~第10章以及ISO11898-5: 2007中第5章~第7章的规定。 7 协议格式与程序实现 7.1 协议结构概述 RobBus通信协议采用图1所示的模型结构,由物理层、数据链路层、传输层、应用层组成,其中物 理层产生并检测通信媒介的电压以便发送和接收携带数据的信号,数据链路层建立节点间的通信链路 并提供数据在该链路上的无差错传输,传输层实现数据块的打包传输,应用层实现机器人系统的各模块 间的功能通信。 2GB/T29825—2013 图1 RobBus的协议结构 7.2 数据链路层 RobBus总线的数据链路层采用ISO11898-1:2003中第7章~第9章的相关内容。 每个节点都由主控制器或管理主机通过软件分配一个的地址,在同一个机器人控制系统中,要求每 个节点具有唯一的地址。该地址采用7位数据表示,范围为0~127。其中地址0~9为管理权限最高 的主控制器预留,10~119为权限等同的从控制器、驱动器、传感器等模块,120~126保留,127为广播 地址。在通信时将该地址存放在两种报文标识符的相应位置上,用于指定数据的传输目标。 在数据链路层通信中,采用点对点通信和广播通信两种方式。在点对点通信方式下,只有与报文标 识符中的地址一致的节点才接收和响应该数据;在广播通信方式下,总线上所有节点都会接收该数据。 在机器人控制系统中,主控制器接收所有总线上传输的数据,而从控制器只接收广播地址和与自身地址 相一致的数据。 数据链路层在数据接收时,先根据节点自身的地址和所收到的报文标识符判断是否接收该帧数据, 如果不需要接收,则放弃该帧数据。 7.3 传输层 7.3.1 传输层的功能概述 在传输层中,采用CAN2.0B协议中带29位报文标识符的扩展帧,主要通过报文标识符中的内容 来确定该帧数据的类型和通信目的地址等信息。其中报文标识符中包含有紧急标记、目的地址、源地 址、帧类型、帧号、管道号、结束标记,其格式如图2所示。 3GB/T29825—2013 注1:紧急标记(1位)是用来标记当前帧的优先级别,对于正常信息,该位置为1,对于紧急信息(如报警信息、紧急 控制等),将该标记置0,使其先于其他帧占用总线,在最短的时间内到达目的地址; 注2:目的地址(7位)指定该帧数据或信息所要到达的目的(即接收方的地址),可以是具体的RobBus节点地址(点 对点方式),也可以是广播地址(广播方式); 注3:帧类型(1位)用来标记该帧数据场中的内容是要传输的数据内容还是通信协议的控制信息; 注4:源地址(7位)指定该帧数据或信息的来源地址(即发送方的地址); 注5:帧号(8位)是用来标记数据拆分后的帧块序号; 注6:管道号(4位)来标记不同虚拟通信通道,用于多线程通信; 注7:结束标记(1位)是用来标记该数据包传输过程的结束。 注8:根据CAN2.0B的协议,对于11位标识符的报文和29位报文可以自动区分,因此本通信协议对基于11位的 通信协议可以兼容。 图2 扩展帧