Franka Robot 独占控制权限设计

Franka Emika机器人通过其libfranka库和Franka Control Interface (FCI)实现了一种独占的权限控制机制，确保在任何时候只能有一个程序能够控制机器人。这种机制通过权限cookie（permission cookie）来实现。

权限控制机制

1. 唯一连接限制：

   • libfranka库设计为一次只能有一个实例连接到Franka机器人。
   • 当一个程序创建franka::Robot对象并成功连接到机器人时，其他尝试连接的实例会被拒绝。

2. 权限Cookie：

   • 权限cookie是一个独占的控制权限标识。
   • 当一个程序通过libfranka连接到机器人时，FCI会检查当前是否已有一个活跃的连接。如果没有，它会生成并分配一个权限cookie给该连接请求。
   • 拥有权限cookie的程序获得了对机器人的独占控制权。

3. 连接管理：

   • 持有权限cookie的程序可以发送控制命令、读取机器人状态，并执行其他操作。
   • 如果已有程序持有权限cookie，新的连接请求会被拒绝，确保机器人控制的唯一性。

4. 释放权限：

   • 当持有权限cookie的程序关闭连接或崩溃时，权限cookie会被释放。
   • 这允许新的连接请求获得控制权。

示例代码

以下是一个简单的示例，展示了如何通过libfranka连接到Franka机器人，并处理权限cookie机制：

#include <franka/exception.h>
#include <franka/robot.h>
#include <iostream>

int main() {
  try {
    // 尝试与Franka机器人建立连接
    franka::Robot robot("your_robot_ip");

    // 连接成功后，程序获得权限cookie
    franka::RobotState state = robot.readOnce();

    std::cout << "Connected to the robot successfully!" << std::endl;
    // 打印一些状态信息
    std::cout << "Robot state: " << state.q[0] << std::endl;

    // 在这里可以添加更多的控制逻辑

  } catch (const franka::Exception& e) {
    std::cerr << "Failed to connect to the robot: " << e.what() << std::endl;
    // 如果连接失败，可能是因为权限cookie被其他程序持有
  }

  return 0;
}

应用场景举例

1. 单一控制程序：

   • 在典型应用中，只有一个控制程序（如控制器或状态监视程序）通过libfranka连接到Franka机器人，并持有权限cookie。
   • 该程序可以独占地控制机器人，而其他程序的连接请求会被拒绝。

2. 开发和调试：

   • 在开发或调试过程中，开发者应确保同一时间只有一个程序实例连接到机器人。
   • 如果需要切换控制程序，开发者应显式地关闭当前连接以释放权限cookie，然后再启动新的程序。

3. ROS集成：

   • 在ROS环境中，通常只有一个ROS节点（如franka_control_node）通过libfranka连接到机器人并持有权限cookie。
   • 其他节点通过ROS的消息机制与该节点进行通信，从而间接获取机器人的状态或发送控制命令。

ROS集成示例

假设你有两个ROS节点：一个是franka_control_node，另一个是franka_joint_state_publisher。franka_control_node直接与机器人连接并持有权限cookie，而franka_joint_state_publisher通过订阅话题获取状态信息。

franka_control.launch（启动文件示例）

<launch>
  <node name="franka_control_node" pkg="franka_control" type="franka_control_node" output="screen">
    <param name="robot_ip" value="your_robot_ip"/>
  </node>
</launch>

your_state_publisher.launch（启动文件示例）：

<launch>
  <node name="franka_joint_state_publisher" pkg="your_package" type="your_state_publisher_node" output="screen"/>
</launch>

启动命令：

roslaunch franka_control franka_control.launch robot_ip:=your_robot_ip
roslaunch your_package your_state_publisher.launch

通过这种方式，franka_control_node直接与机器人进行通信并持有权限cookie，而franka_joint_state_publisher通过订阅和发布ROS话题来获取和传播机器人状态信息。这种架构确保了只有一个进程直接与机器人交互，从而避免了连接冲突和控制冲突。