RoArm-M2-S ESP-NOW控制

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ESP-NOW SETTINGS - ESP-NOW 配置

本教程主要是介绍如何给机械臂进行 ESP-NOW 配置，配置后，可以让机械臂实现一对一、一对多的 ESP-NOW 通信控制。其中，还是围绕 JSON 指令来实现这一功能。

ESP-NOW 通信协议

ESP-NOW 是由 Espressif Systems 开发的一种快速高效的无线通信协议，旨在提供低功耗、高性能的局域网（LAN）通信解决方案。它最初设计用于 ESP8266 和 ESP32 等 Espressif 的 Wi-Fi 芯片。

ESP-NOW 的特点如下：

1.低延时：ESP-NOW 协议不需要进行 TCP/IP 协议栈处理，因此具有很低的延迟，适合实时性要求较高的应用场景。

2.高吞吐量：ESP-NOW 协议使用帧广播方式发送数据，传输效率高，可以同时向多个节点发送相同的信息。

3.低功耗：ESP-NOW 协议在数据传输过程中使用的功耗非常低，适合电池供电场景。

4.简单易用：ESP-NOW 协议配置简单，只需定义通道、加密密钥和数据结构等基本参数即可实现无线通信。

5.支持多播：ESP-NOW 协议支持一对多或一对所有节点的通信方式，提高了网络的灵活性。

6.可扩展性：ESP-NOW 协议支持多种数据类型的传输，可以通过自定义数据结构来实现更复杂的通信功能。


ESP-NOW 功能

RoArm-M2-S 自带 ESP-NOW 功能，产品出厂开机后默认为 Follower 模式。该模式下机械臂允许被其它设备控制，也可以发送 ESP-NOW 信息到其它设备来控制其它设备。

ESP-NOW 通信数据结构体

在介绍各功能指令的含义之前，我们先介绍 RoArm-M2-S 的 ESP-NOW 通信数据结构体，如下： 

typedef struct struct_message {
  byte devCode;
  float base;
  float shoulder;
  float elbow;
  float hand;
  byte cmd;
  char message[210];
} struct_message;

该部分中变量的具体赋值设置将会在部分 JSON 指令中进行设置，我们这里介绍下变量的含义：

  • devCode：本设备的设备编号。在我们的使用例程中并没有用到该变量，因此可以选择不设置这一编号（始终设置为 0 即可）。在需要被控制的设备较多而不能使用组播控制、必须使用广播控制的情况下，可以使用这个变量来对 JSON 指令控制设备加以区分。这个是为自定义功能所保留的接口，针对您的需求来更改下位机程序中 esp_now_ctrl.h 内的 OnDataRecv() 函数。
  • base： BASE 关节的角度（弧度制）。
  • shoulder：SHOULDER 关节的角度（弧度制）。
  • elbow：ELBOW 关节的角度（弧度制）。
  • hand：GRIPPER/WRIST 关节的角度（弧度制）。
  • cmd：ESP-NOW 控制信息类型。具体赋值请参照下方 JSON 指令的具体含义说明。
  • message：一段字符串。当 ESP-NOW 控制信息类型为 1 时，会将这个字符串当作 JSON 格式的指令来使用，但是指令内容不可以为会产生长时间阻塞的指令。


接下来，我们来看 ESP-NOW 配置相关 JSON 指令的具体含义。

设置广播从动模式

{"T":300,"mode":1}

{"T":300,"mode":0,"mac":"00:00:00:00:00:00"}
  • 300：这条指令为 CMD_BROADCAST_FOLLOWER，用来设置该设备的广播从动模式。
  • mode：
    • 1 - [出厂默认] 该设备可以被其它设备发出的广播信号来控制。
    • 0 - 该设备不可以被其它设备发出的广播信号来控制。
  • mac：在 mode 值为 0 的情况下，唯一 Leader 控制设备的 MAC 地址。
    • 给定一个 MAC 地址，则该设备只可以被给定 MAC 地址的设备所发出的 ESP-NOW 信息而控制；
    • 如果该设备不需要被任何设备控制，可以输入任意一个编造的 MAC 地址，例如：00:00:00:00:00:00。


设置 ESP-NOW 的工作方式

{"T":301,"mode":3}
  • 301：这条指令为 CMD_ESP_NOW_CONFIG，用来设置该设备 ESP-NOW 的工作方式。
  • mode（byte）：ESP-NOW 的工作方式的代号。
    • 0 - 关闭；
    • 1 - 流组播 Leader，持续向 peerList 中的设备发送自己的关节位置信息；
    • 2 - 流单播/流广播 Leader，持续向某一 MAC 地址的设备发送自己的关节位置信息，当 MAC 地址设置为 FF:FF:FF:FF:FF:FF 则为流广播控制；
    • 3 - [出厂默认] Follower，当机械臂处于这一模式下时，可以接收来自其它 Leader 设备的 ESP-NOW 信息，也可以作为 Leader 设备向其它设备发送 ESP-NOW 信息。

注意：只有在流组播、流单播/流广播模式下，主控制设备会持续向被控制设备发送自己的关节位置信息，手动转动主控制设备，被控制设备才会跟着做出相同的运动动作。


获得本设备的MAC地址

{"T":302}
  • 302：这条指令为 CMD_GET_MAC_ADDRESS，用来获得本设备的 MAC 地址。

输入该指令后，返回值如下： 

44:17:93:EE:FD:70

每个设备的 MAC 地址都是独一无二的。当你使用 ESP-NOW 的相关功能时，除广播控制外，都需要获得被控制设备的 MAC 地址。默认情况下，每一台机械臂的 OLED 屏幕上会显示自己的 MAC 地址。


将被控制设备的MAC地址添加到peerList

{"T":303,"mac":"44:17:93:EE:FD:70"}
  • 303：这条指令为 CMD_ESP_NOW_ADD_FOLLOWER，该指令用来将被控制设备的 MAC 地址添加到 peerList 中。peerList 是用来存储 MAC 地址的。
  • mac：需要添加的被控制设备的 MAC 地址。

peerList 中可以添加十几个 MAC 地址用于组播控制，但是当使用组播控制时，peerList 中不可以存有用于广播控制的 MAC 地址：FF:FF:FF:FF:FF:FF。


将被控制设备的MAC地址从peerList中删除

{"T":304,"mac":"44:17:93:EE:FD:70"}
  • 304：这条指令为 CMD_ESP_NOW_REMOVE_FOLLOWER，用来将被控制设备的 MAC 地址从 peerList 中删除。
  • mac：需要删除的被控制设备的 MAC 地址。


组播控制

# 组播控制peerList中的设备将关节摆动到指定的角度
{"T":305,"dev":0,"b":0,"s":0,"e":1.57,"h":1.57,"cmd":0,"megs":"hello!"}

# 组播控制，将控制LED灯打开的JSON指令发送给peerList中的设备
{"T":305,"dev":0,"b":0,"s":0,"e":0,"h":0,"cmd":1,"megs":"{\"T\":114,\"led\":255}"}
  • 305：这条指令为 CMD_ESP_NOW_GROUP_CTRL，使用该指令将信息通过 ESP-NOW 组播发送给 peerList 中的全部设备。

参考ESP-NOW 通信数据结构体部分的内容，该 JSON 指令中各个键对照结构体变量如下，且含补充部分：

  • dev：对应变量 devCode。
  • b、s、e、h：分别对应变量 base、shoulder、elbow 和 hand。
  • cmd：ESP-NOW 控制信息类型。
    • 当cmd为 0 时，被控制的机械臂会转动到给定的各个关节的角度；
    • 当cmd为 1 时，b、s、e、h 无效，在 megs 输入不会引起阻塞的 JSON 指令，机械臂会执行 JSON 指令对应的功能。
  • megs：对应变量 message。


单播/广播控制

# 单播控制，将控制关节角度的命令发送给特定设备
{"T":306,"mac":"44:17:93:EE:FD:70","dev":0,"b":0,"s":0,"e":1.57,"h":1.57,"cmd":0,"megs":"hello!"}

# 广播控制，将控制关节角度的命令发送给全部设备
{"T":306,"mac":"FF:FF:FF:FF:FF:FF","dev":0,"b":0,"s":0,"e":1.57,"h":1.57,"cmd":0,"megs":"hello!"}
  • 306：这条指令为 CMD_ESP_NOW_SINGLE，使用该指令可以单播或广播控制 peerList 中的设备。
  • mac：被控制设备的 MAC 地址，当 MAC 地址为 FF:FF:FF:FF:FF:FF 时，该指令为广播信号，会发送给全部设备。

参考ESP-NOW 通信数据结构体部分的内容，该 JSON 指令中各个键对照结构体变量如下，且含补充部分：

  • dev：对应变量 devCode。
  • b、s、e、h：分别对应变量 base、shoulder、elbow 和 hand。
  • cmd：ESP-NOW 控制信息类型。
    • 当cmd为 0 时，被控制的机械臂会转动到给定的各个关节的角度；
    • 当cmd为 1 时，b、s、e、h 无效，在 megs 输入不会引起阻塞的 JSON 指令，机械臂会执行 JSON 指令对应的功能。
  • megs：对应变量 message。

注意，无论是组播控制，还是单播/广播控制，都需要提前将被控制设备的 MAC 地址添加到 peerList 中。


ESP-NOW 使用

了解完上方各个 JSON 指令的具体含义和使用，下面将介绍广播控制、单播控制和组播控制具体情况的使用。我们假设现在手上有四个新机械臂是没有格外配置过 ESP-NOW 相关的功能的，给这四个机械臂的编号分别标注为 A、B、C、D。

给四个机械臂分别接通电源，打开开关，待开机完成后，分别按照以下三种控制模式的步骤来操作。

广播控制

本部分用机械臂 A 广播控制机械臂 B、C、D 一起摆动。广播控制是不需要获取机械臂 B、C、D 的 MAC 地址，用广播 MAC 地址即可，示例操作如下：

将机械臂 A 用 USB 线通过 Type-C 接口与电脑连接，在电脑上与机械臂 A 进行串口通信。我们可以通过串口调试助手或 Arduino IDE 的串口监视来与机械臂 A 通信，也可以通过 Python 串口通信教程来与机械臂 A 通信。


首先先添加广播 MAC 地址，使用以下命令将广播 MAC 地址添加到机械臂 A 的 peerList 中： 

{"T":303,"mac":"FF:FF:FF:FF:FF:FF"}

添加成功后，就可以使用广播控制的命令来给机械臂 B、C 和 D 发送 JSON 指令信息。


例如，使用以下命令将控制 LED 灯打开的命令通过机械臂 A 发送给机械臂 B、C、D。 

{"T":306,"mac":"FF:FF:FF:FF:FF:FF","dev":0,"b":0,"s":0,"e":0,"h":0,"cmd":1,"megs":"{\"T\":114,\"led\":255}"}

发送指令成功后，此时机械臂 B、C、D 的 LED 灯会亮起来。

上述，只是广播控制发送信号的一个例子，也可以发送其它的 JSON 指令给机械臂 B、C、D，具体修改请参考 ESP-NOW 功能的广播控制指令的含义。


接着，使用以下命令关闭机械臂 A 的扭矩锁，这样可以用手自由摆动机械臂 A。 

{"T":210,"cmd":0}


通过设置机械臂 A 的"ESP-NOW的工作方式" 来开启 [流广播 Leader] 模式。（当 peerList 中只有广播MAC地址时，原本的流单播模式就是流广播模式） 

{"T":301,"mode":2}

此时机械臂 B、C、D 会摆动到与机械臂 A 相同的位置上，当你转动机械臂 A 的关节时，机械臂 B、C、D 也同时会跟着转动。


最后，通过将机械臂 A 的 "ESP-NOW的工作方式" 更改为 Follower 模式，即关闭 [流广播 Leader] 模式。输入以下命令： 

{"T":301,"mode":3}

注意：上述所有的 JSON 指令皆是与机械臂 A 进行的通信。


单播控制

本部分用机械臂 A 单独控制机械臂 B 摆动，在单播控制的情况下，需要被控制设备的 MAC 地址，也就是需要机械臂 B 的 MAC 地址，MAC 地址可以从机械臂 B 的 OLED 屏幕上获取，例如 BB:BB:BB:BB:BB:BB。

将机械臂 A 用 USB 线通过 Type-C 接口与电脑连接，在电脑上与机械臂 A 进行串口通信。我们可以通过串口调试助手或 Arduino IDE 的串口监视来与机械臂 A 通信，也可以通过 Python 串口通信教程来与机械臂 A 通信。


首先先添加机械臂 B 的 MAC 地址，使用以下命令将 B 的 MAC 地址添加到机械臂 A 的 peerList 中： 

{"T":303,"mac":"BB:BB:BB:BB:BB:BB"}
#mac地址具体改为您要被控制设备的MAC地址

添加成功后，使用单播控制的命令给机械臂发送 JSON 指令信息。

注意：如果机械臂 B 的 MAC 地址之前已经添加过了，那么再次添加机械臂 B 的 MAC 地址因为添加了重复的 MAC 地址而会显示添加失败，但只要机械臂 B 的 MAC 地址正确，它依然会被判定为单播控制时的指定被控制设备。在开启 [流单播Leader] 模式后，只有机械臂 B 会跟着机械臂 A 发出的关节位置信息而运动。


例如，使用以下命令将控制 LED 灯打开的命令发送给机械臂 B。 

{"T":306,"mac":"BB:BB:BB:BB:BB:BB","dev":0,"b":0,"s":0,"e":0,"h":0,"cmd":1,"megs":"{\"T\":114,\"led\":255}"}

如果您经过了广播控制操作的学习，那么此时机械臂B的LED灯应该是打开的状态，可以使用以下命令关闭机械臂B的LED灯： 

{"T":306,"mac":"BB:BB:BB:BB:BB:BB","dev":0,"b":0,"s":0,"e":0,"h":0,"cmd":1,"megs":"{\"T\":114,\"led\":0}"}


接着，使用以下命令关闭机械臂 A 的扭矩锁，这样可以用手自由摆动机械臂 A 。 

{"T":210,"cmd":0}


通过设置机械臂 A 的 "ESP-NOW的工作方式" 来开启 [流单播 Leader] 模式。就算您此时经过了广播控制操作的学习，但由于此时最新添加的 MAC 地址是 B 的地址，所以 [流单播 Leader] 模式仅仅会将关节角度信息发送给机械臂 B。 

{"T":301,"mode":2}

此时 B 会摆动到与 A 相同的位置上，当你转动机械臂 A 的关节时，机械臂 B 也同时会跟着转动，而机械臂 C、D 不会有动作。

注意：上述所有的 JSON 指令皆是与机械臂 A 进行的通信。


组播控制

本部分用机械臂 A 组播控制机械臂 B、C 摆动，在组播控制的情况下，需要被控制设备的 MAC 地址，也就是需要机械臂 B 和 C 的 MAC 地址，MAC 地址可以从机械臂 B 和机械臂 C 的 OLED 屏幕上获取，例如 BB:BB:BB:BB:BB:BB 和 CC:CC:CC:CC:CC:CC。

将机械臂 A 用 USB 线通过 Type-C 接口与电脑连接，在电脑上与机械臂 A 进行串口通信。我们可以通过串口调试助手或 Arduino IDE 的串口监视来与机械臂 A 通信，也可以通过 Python 串口通信教程来与机械臂 A 通信。


首先先添加机械臂 B 和机械臂 C 的 MAC 地址，使用以下命令将机械臂 B 和机械臂 C 的 MAC 地址添加到机械臂 A 的 peerList 中： 

{"T":303,"mac":"BB:BB:BB:BB:BB:BB"}
{"T":303,"mac":"CC:CC:CC:CC:CC:CC"}
#mac地址具体改为您要被控制的两台设备的MAC地址

如果经过单播控制的操作，你已经将 B 的 MAC 地址添加到了 peerList 中了，执行添加机械臂 B 的 MAC 地址的 JSON 指令可能会报错，忽略即可。

如果经过广播控制的操作，你已经添加了广播地址，则需要删除广播地址，使用以下命令来删除机械臂 A 的 peerList 中的广播地址： 

{"T":304,"mac":"FF:FF:FF:FF:FF:FF"}


可以使用以下命令将控制 LED 灯打开的命令发送给机械臂 B 和机械臂 C。 

{"T":305,"dev":0,"b":0,"s":0,"e":0,"h":0,"cmd":1,"megs":"{\"T\":114,\"led\":255}"}

如果 LED 灯已经是打开的状态，可以使用以下命令关闭机械臂 B 和机械臂 C 的 LED 灯。 

{"T":305,"dev":0,"b":0,"s":0,"e":0,"h":0,"cmd":1,"megs":"{\"T\":114,\"led\":0}"}


接着，使用以下命令关闭机械臂 A 的扭矩锁，这样可以用手自由摆动机械臂 A。 

{"T":210,"cmd":0}


通过设置机械臂 A 的 "ESP-NOW的工作方式" 来开启 [流组播 Leader] 模式，这会将机械臂 A 的关节角度信息持续发送给机械臂 B 和 C。 

{"T":301,"mode":1}

此时机械臂 B 和 C 会摆动到与机械臂 A 相同的位置上，当你转动机械臂 A 的关节时，机械臂 B 和 C 也同时会跟着改变。

注意：上述所有的 JSON 指令皆是与机械臂 A 进行的通信。


RoArm-M2-S 教程目录

RoArm-M2-S 使用教程

RoArm-M2-S ROS2基础教程

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