- 协议版本: 1.0
- 创建日期: 2026-04-13
- 最后更新: 2026-04-14
Robo Fusion 协议是一个基于UDP的应用层通信协议，专为机器人控制系统设计，支持电机控制、传感器数据采集和设备状态监控。协议采用结构化的二进制数据格式，支持多种设备类型和数据交换模式。
- PDO通信：周期性传输实时数据，如电机控制指令和状态信息、传感器数据等，采用事件驱动机制
- SDO通信：客户端/服务器通信模式，用于传输关键配置参数和设备状态信息，主要用于初始化配置，采用请求-响应机制
- 端口分配：不同服务使用独立的端口号，便于上层应用开发和管理
- 支持多种电机控制模式（MIT、PP、PV、PT、CSP、CSV、CST）
- 支持多类型传感器数据采集（IMU、力传感器、编码器）
- 采用紧凑的二进制格式，确保高效数据传输
- 支持实时状态监控和故障诊断功能
| 类型值 | 设备类型 | 描述 |
|---|---|---|
| 0x00 | 未使用 | 保留类型 |
| 0x80 | 同步帧 | 用于时序协调的同步帧 |
| 0x10 | 电机SDO | 电机服务数据对象 |
| 0x20 | 电机RXPDO | 电机接收过程数据对象 |
| 0x30 | 电机TXPDO | 电机发送过程数据对象 |
| 0x60 | 力传感器TXPDO | 力传感器发送数据 |
| 0x61 | IMU TXPDO | 惯性测量单元发送数据 |
| 0x62 | 编码器TXPDO | 编码器发送数据 |
PDO用于周期性传输实时数据，支持多个PDO类型组合在单个UDP数据包中传输。
PDO数据包结构：
+--------------+---------------+---------------+---------------+---------------+---------------+
| 类型 (1字节) | 长度 (2字节) | 数据 (N字节) | 类型 (1字节) | 长度 (2字节) | 数据 (N字节) | ...
+--------------+---------------+---------------+---------------+---------------+---------------+
字段说明：
| 字段 | 长度 | 描述 |
|---|---|---|
| 类型 | 1字节 | PDO类型标识符 (0x20: 电机RXPDO, 0x30: 电机TXPDO, 0x60-0x62: 传感器TXPDO) |
| 长度 | 2字节 | 后续数据字段的长度（字节数） |
| 数据 | N字节 | 具体的PDO数据内容，格式取决于PDO类型 |
SDO用于配置参数传输和设备状态查询，采用请求-响应模式。
SDO数据包结构：
+--------------+---------------+------------+-----------------+----------------+-------------------+---------------+
| 类型 (1字节) | 长度 (2字节) | ID (1字节) | 操作码 (1字节) | 操作长度 (1字节) | 寄存器地址 (2字节) | 数据 (N字节) |...
+--------------+---------------+------------+-----------------+----------------+-------------------+---------------+
字段说明：
| 字段 | 长度 | 描述 |
|---|---|---|
| 类型 | 1字节 | SDO类型标识符 (0x10) |
| 长度 | 2字节 | 后续数据字段的长度（字节数） |
| ID | 1字节 | 设备标识符 |
| 操作码 | 1字节 | 操作类型 (0x01: 读, 0x02: 写, 0x03: 响应, 0x04: 错误) |
| 操作长度 | 1字节 | 后续数据字段的长度（字节数） |
| 寄存器地址 | 2字节 | 目标寄存器地址 |
| 数据 | N字节 | 读写的数据内容 |
| 端口号 | 端口类型 | 描述 |
|---|---|---|
| 9110 | 电机PDO | 电机过程数据对象通信端口 |
| 8880 | 电机SDO | 电机服务数据对象通信端口 |
| 8887 | CM7调试 | Cortex-M7处理器调试端口 |
| 8884 | CM4调试 | Cortex-M4处理器调试端口 |
PDO通信示例（多个PDO组合）：
UDP数据包: [0x30][0x0018][电机TXPDO数据][0x61][0x0020][IMU数据]
SDO通信示例（参数配置）：
写操作: [0x10][0x000C][0x01][0x01][0x04][0x1000][0x3F800000] // 写入电机参数
读操作: [0x10][0x0008][0x01][0x00][0x04][0x1000][00000000] // 读取电机参数
定义协议中使用的设备类型标识符。
typedef enum {
ROFU_NOUSED_TYPE = 0x00,
// 同步帧
ROFU_SYNC_FRAME_TYPE = 0x80,
// 电机类
ROFU_MOTOR_SDO_TYPE = 0x10,
ROFU_MOTOR_RXPDO_TYPE = 0x20,
ROFU_MOTOR_TXPDO_TYPE = 0x30,
// 传感器类
ROFU_SENSOR_TXPDO_FT_TYPE = 0x60,
ROFU_SENSOR_TXPDO_IMU_TYPE = 0x61,
ROFU_SENSOR_TXPDO_ENCODE_TYPE = 0x62,
} ROFU_TYPE_T;通信端口定义。
typedef enum {
// 电机PDO通信端口
ROFU_MOTOR_PDO_PORT = 9110,
// 电机SDO通信端口
ROFU_MOTOR_SDO_PORT = 8880,
// CM7调试端口
ROFU_DEBUG_M7_PORT = 8887,
// CM4调试端口
ROFU_DEBUG_M4_PORT = 8884,
} ROFU_PORT_T; // 端口号通用过程数据对象结构。
typedef struct {
uint8_t type; // 数据类型
uint16_t len; // 数据长度
uint8_t *pdata; // 数据指针
} ROFU_PDO_T;服务数据对象结构。
typedef struct {
uint8_t type; // 数据类型
uint16_t len; // 数据长度
uint8_t id; // 设备ID
uint8_t op; // 操作码
uint8_t op_len; // 操作数据长度
uint16_t addr; // 寄存器地址
uint8_t *pdata; // 数据指针
} ROFU_SDO_T;SDO操作码定义。
typedef enum {
ROFU_NOUSED_READ = 0x00,
// SDO读操作
ROFU_SDO_OP_READ = 0x01,
// SDO写操作
ROFU_SDO_OP_WRITE = 0x02,
// SDO响应
ROFU_SDO_OP_RESPONSE = 0x03,
// SDO错误
ROFU_SDO_OP_ERROR = 0x04,
} ROFU_SDO_OP_T;SDO状态定义。
typedef enum {
ROFU_SDO_FRAME_OK = 0x00,
// 未定义帧
ROFU_SDO_FRAME_NO_DEFINED = 0x01,
// 帧长度错误
ROFU_SDO_FRAME_LEN_ERROR = 0x02,
// pdo帧超时
ROFU_SDO_FRAME_OUTTIME = 0x03,
} ROFU_SDO_STATE_T;SDO寄存器地址定义。
typedef enum {
ROFU_SDO_ADDR_NOUSED = 0x0000,
// 电机SDO地址
ROFU_SDO_ADDR_MOTOR_ALL = 0x1000,
ROFU_SDO_ADDR_MOTOR_POLE = 0x1001,
ROFU_SDO_ADDR_MOTOR_PHASE_SEQ = 0x1002,
ROFU_SDO_ADDR_MOTOR_REDU_RATIO = 0x1003,
ROFU_SDO_ADDR_MOTOR_RS = 0x1004,
ROFU_SDO_ADDR_MOTOR_LQ = 0x1005,
ROFU_SDO_ADDR_MOTOR_LD = 0x1006,
ROFU_SDO_ADDR_MOTOR_KT = 0x1007,
ROFU_SDO_ADDR_MOTOR_INERTIA = 0x1008,
ROFU_SDO_ADDR_MOTOR_KE = 0x1009,
// 三环PID地址
ROFU_SDO_ADDR_PID_ALL = 0x2000,
ROFU_SDO_ADDR_PID_CUR_KP = 0x2001,
ROFU_SDO_ADDR_PID_CUR_KI = 0x2002,
ROFU_SDO_ADDR_PID_VEL_KP = 0x2003,
ROFU_SDO_ADDR_PID_VEL_KI = 0x2004,
ROFU_SDO_ADDR_PID_POS_KP = 0x2005,
// 保护阈值地址
ROFU_SDO_ADDR_THR_ALL = 0x2010,
ROFU_SDO_ADDR_THR_VBUS_HIGH = 0x2011,
ROFU_SDO_ADDR_THR_VBUS_LOW = 0x2012,
ROFU_SDO_ADDR_THR_IPHASE_HIGH = 0x2013,
ROFU_SDO_ADDR_THR_MOS_TEMP_MAX = 0x2014,
ROFU_SDO_ADDR_THR_MOTOR_TEMP_MAX = 0x2015,
ROFU_SDO_ADDR_THR_MOTOR_SPEED_MAX = 0x2016,
} ROFU_SDO_ADDR_T;typedef union {
struct {
// 0: disable
// 1: enable
uint16_t enable : 1;
// 0: MIT
// 1: PP
// 2: PV
// 3: PT
// 4: CSP
// 5: CSV
// 6: CST
uint16_t mode : 7;
uint16_t : 8;
} bits;
uint16_t data;
} ROFU_MOTOR_CTRL_T;| 模式值 | 模式名称 | 描述 |
|---|---|---|
| 0 | MIT | 力矩控制模式 |
| 1 | PP | 位置轮廓控制模式 |
| 2 | PV | 速度轮廓控制模式 |
| 3 | PT | 力矩轮廓控制模式 |
| 4 | CSP | 循环位置控制模式 |
| 5 | CSV | 循环速度控制模式 |
| 6 | CST | 循环力矩控制模式 |
typedef struct {
uint8_t id; // 电机ID号
uint16_t seq; // 命令序列号
ROFU_MOTOR_CTRL_T ctrl; // 控制字
} ROFU_MOTOR_RXHEAD_T;typedef struct {
uint8_t id;
uint16_t seq;
ROFU_MOTOR_CTRL_T state;
} ROFU_MOTOR_TXHEAD_T;typedef struct {
ROFU_MOTOR_RXHEAD_T header;
union {
ROFU_MOTOR_RXPDO_MIT_T mit;
ROFU_MOTOR_RXPDO_PT_T pt;
ROFU_MOTOR_RXPDO_PV_T pv;
ROFU_MOTOR_RXPDO_PP_T pp;
ROFU_MOTOR_RXPDO_CST_T cst;
ROFU_MOTOR_RXPDO_CSV_T csv;
ROFU_MOTOR_RXPDO_CSP_T csp;
};
} ROFU_MOTOR_RXPDO_T;typedef struct {
ROFU_MOTOR_TXHEAD_T header;
union {
ROFU_MOTOR_TXPDO0_T pdo0;
};
} ROFU_MOTOR_TXPDO_T;typedef struct {
int16_t kp; // 比例增益
int32_t pos_target; // 目标位置
int16_t kd; // 微分增益
int32_t vel_target; // 目标速度
int16_t taff; // 扭矩补偿
} ROFU_MOTOR_RXPDO_MIT_T;typedef struct {
int16_t tor_target; // 目标扭矩
int16_t tor_profile; // 扭矩斜率
} ROFU_MOTOR_RXPDO_PT_T;typedef struct {
int32_t vel_target; // 目标速度
int32_t vel_max; // 最高速度
int32_t acc_profile; // 加速度斜率
int32_t dec_profile; // 减速度斜率
} ROFU_MOTOR_RXPDO_PV_T;typedef struct {
int32_t pos_target; // 目标位置
int32_t vel_target; // 目标速度
int32_t acc_profile; // 加速度斜率
int32_t dec_profile; // 减速度斜率
} ROFU_MOTOR_RXPDO_PP_T;typedef struct {
int16_t tor_target; // 目标扭矩
} ROFU_MOTOR_RXPDO_CST_T;typedef struct {
int32_t vel_target; // 目标速度
} ROFU_MOTOR_RXPDO_CSV_T;typedef struct {
int32_t pos_target; // 目标位置
} ROFU_MOTOR_RXPDO_CSP_T;typedef struct {
int32_t pos_real; // 实际位置
int32_t vel_real; // 实际速度
int16_t tor_real; // 实际扭矩
int16_t mos_temper; // MOS温度
int16_t motor_temper; // 电机温度
int16_t error_code; // 故障码
} ROFU_MOTOR_TXPDO0_T;typedef struct {
int16_t cur_kp; // 电流KP增益
int16_t cur_ki; // 电流KI增益
int16_t vel_kp; // 速度KP增益
int16_t vel_ki; // 速度KI增益
int16_t pos_kp; // 位置KP增益
} ROFU_MOTOR_SDO_PID_T; // 三环PID参数typedef struct {
uint8_t pole; // 极对数
uint8_t phase_seq; // 相序
uint8_t redu_ratio; // 减速比
int16_t Rs; // 定子电阻
int16_t Lq; // Lq电感
int16_t Ld; // Ld电感
int16_t Kt; // 转矩常数
int16_t inertia; // 转动惯量
int16_t Ke; // 反电动势常数
} ROFU_MOTOR_SDO_CONFIG_T; // 电机参数typedef struct {
uint16_t vbus_high; // Vbus高阈值
uint16_t vbus_low; // Vbus低阈值
uint16_t iphase_high; // 相电流高阈值
uint16_t mos_temper; // MOS温度阈值
uint16_t motor_temper; // 电机温度阈值
uint16_t speed_max; // 速度最大阈值
} ROFU_MOTOR_SDO_THR_T; // 保护阈值typedef struct {
uint8_t id; // 设备ID
uint16_t seq; // 序列号
uint32_t sample_time_fine; // 采样时间
int16_t quaternion[4]; // 四元数 (w, x, y, z)
int16_t acceleration[3]; // 加速度 (x, y, z)
int16_t rate_of_turn[3]; // 角速度 (x, y, z)
uint8_t state; // 状态字
uint8_t err_code; // 错误码
} ROFU_IMU_TXPDO_T;typedef struct {
uint8_t id; // 设备ID
uint16_t seq; // 序列号
int16_t fx; // X轴力
int16_t fy; // Y轴力
int16_t fz; // Z轴力
int16_t mx; // X轴力矩
int16_t my; // Y轴力矩
int16_t mz; // Z轴力矩
uint8_t err_code; // 错误码
} ROFU_FT_TXPDO_T;typedef struct {
uint8_t id; // 设备ID
uint16_t seq; // 序列号
int32_t pos; // 位置值
uint8_t state; // 状态字
} ROFU_ENCODE_TXPDO_T;所有数据包采用小端字节序，结构体打包对齐为1字节。
- 错误码为32位无符号整数
- 错误码厂家自定义
- 建议通信频率: 1kHz
- 超时时间: 100ms
| 版本 | 日期 | 描述 |
|---|---|---|
| 1.0 | 2026-04-13 | 初始版本 |
- 所有结构体使用
#pragma pack(1)进行1字节对齐打包 - 协议支持PDO（过程数据对象）和SDO（服务数据对象）两种通信模式
- 电机控制支持8种不同的控制模式，每种模式有对应的数据结构
- 传感器数据包括IMU、力传感器和编码器的测量数据
- 所有数据都采用小端格式
- Cubeide 版本:V1.18.0
- CubeMx 版本:V6.14.0
- 芯片型号：STM32H755
如需进一步了解RoboFusion技术，请发邮件到：RoboticsX@tencent.com