pycarm

Python interface for cvte arm.

Install

pip install carm

Usage

import carm

arm = carm.Carm("ws://localhost:8090")

print("version:",carm.version)
print("limits:", carm.limit)
print("state:", carm.state)

carm.track_joint(carm.joint_pos)

carm.move_joint(carm.joint_pos)

carm.track_pose(carm.cart_pose)

carm.move_pose(carm.cart_pose)

Version update to pypy

python3 -m build
python3 -m twine upload --repository pypi dist/*

CARM Python SDK

本项目提供与 CARM 机械臂控制器通信的 Python 接口，基于 WebSocket 协议，封装了常用的控制命令和状态查询。支持单臂操作，可与 C++ SDK 功能对齐。

安装

依赖

• Python 3.6+
• websocket-client

安装方式

bash

pip install carm

或直接复制 carm.py 到您的项目目录，并安装依赖：

bash

pip install websocket-client

快速开始

python

from carm import Carm

# 连接到机械臂（默认 IP: 10.42.0.101:8090）
robot = Carm("10.42.0.101")

# 等待连接成功，检查状态
if robot.is_connected():
    print("Connected!")

# 将机械臂设置为就绪状态（清除错误、上使能、位置模式）
robot.set_ready()

# 获取当前关节位置
print("Joint positions:", robot.joint_pos)

# 移动到目标关节位置（阻塞等待完成）
robot.move_joint([0.1, -0.2, 0.3, 0.0, 0.0, 0.0], is_sync=True)

# 关闭连接
robot.disconnect()

ROS 2 节点与可视化操作界面 (carm_ros2.py)

本项目附带了一个基于 rclpy 和 tkinter 构建的轻量级 ROS 2 节点与操作界面，可以将底层的设备控制封装为标准的 ROS 2 话题进行通讯。

功能特性

1. 可视化设备连接管理：在界面直接填写目标 IP 地址和 Arm Index 即可进行连接与断开，且自带实时的连通状态指示灯（绿/灰）。
2. ROS 2 话题热更新：允许用户在界面配置区域为每一项发布与订阅重新命名，一键“重启并更新话题”即刻生效，无需重启代码。

运行方式

由于包含 ROS 2 内容，请确保终端已初始化 ROS 2 环境（如 source /opt/ros/<your_ros>/setup.bash），可以直接在终端执行以下快捷指令唤起界面：

bash

carm_ros2

默认话题清单

该界面默认会自动暴露以下话题接入您的 ROS 2 系统，您能在界面中自由修改：

• 发布话题 (Publishers):

  • real_joint_state [sensor_msgs/JointState]: 发布实时关节和夹爪状态 (位置、速度、力矩)
  • flange_cart_state [geometry_msgs/PoseStamped]: 发布机械臂法兰笛卡尔位姿
  • arm_state [std_msgs/Int16MultiArray]: 机械臂综合状态集合（连接状态、伺服状态、被动/主动模式等）
  • task_completion [std_msgs/String]: 任务完成提示
  • carm_error [std_msgs/String]: 运行报错提示

• 订阅话题 (Subscribers):

  • 基础指令: connect [String], ready [Bool], emergency_stop [Bool]
  • 配置指令: set_speed_level [Int16MultiArray], set_servo_enable [Bool], set_collision_config [Int16MultiArray], set_control_mode [Int8]
  • 关节空间运动: move_joint, move_line_joint, move_tracking_joint, set_gripper [以上均为 sensor_msgs/JointState]
  • 笛卡尔空间运动: move_pose, move_line_pose, move_tracking_pose [以上均为 geometry_msgs/Pose]

API 参考

连接管理

__init__(addr="10.42.0.101", arm_index=0)

• 描述：初始化实例，自动连接指定 IP 的控制器。
• 参数：
  • addr (str): 控制器 IP 地址。
  • arm_index (int): 机械臂索引（0 表示第一个臂）。

connect(addr=None, port=None, timeout=1)

• 描述：连接到控制器。
• 参数：
  • addr (str, optional): 新 IP 地址。
  • port (int, optional): 新端口。
  • timeout (float): 超时秒数。
• 返回：bool 是否连接成功。

python

robot.connect(addr="192.168.1.100", timeout=2)

disconnect()

• 描述：断开连接。

is_connected()

• 描述：返回当前连接状态。
• 返回：bool

python

if robot.is_connected():
    print("Connected")

---

设备配置获取

get_limits()

• 描述：获取关节限位、最大速度、加速度等参数。
• 返回：字典，包含以下配置字段（可能依控制器的不同部分存在）：
  • limit_lower (list): 关节下限位 (rad)
  • limit_upper (list): 关节上限位 (rad)
  • limit_vel (list): 关节最大速度 (rad/s)
  • limit_acc (list): 关节最大加速度 (rad/s^2)
  • limit_jerk (list): 关节最大加加速度 (rad/s^3)

get_eeff_config()

• 描述：获取末端执行器配置。
• 返回：包含完整末端配置特性的字典，使用时请通过以下键名解析：
  • eeff_dof (int): 末端执行器自由度数量
  • eeff_lower (list): 末端下限位
  • eeff_upper (list): 末端上限位
  • eeff_vel (list): 末端最大速度
  • eeff_tau (list): 末端最大力矩

---

状态属性（只读）

所有属性均从最新状态帧中提取，请确保已收到至少一次状态更新。

机械臂基础状态

• arm_name: 机械臂名称（字符串）
• arm_dof: 机械臂自由度（整数）
• servo_status: 伺服状态（1: 使能，0: 失能）
• controller_state: 控制器运行状态（-1-error, 0-standby, 1-running, 2-dragging）
• fsm_mode: 控制器模式（如 ERROR = -1, IDLE, POSITION, MIT, CURRENT, PF, TELEOPERATION）
• speed_percentage: 获取当前设定运行速度标幺值
• on_debug_mode: 是否在仿真状态（布尔值）

version

• 返回：控制器软件版本（字符串）。

python

print("Version:", robot.version)

joint_pos / joint_vel / joint_tau

• 返回：实际关节位置（弧度）、速度、力矩（列表，长度 = 自由度）。

python

print("Joint positions:", robot.joint_pos)

plan_joint_pos / plan_joint_vel / plan_joint_tau

• 返回：规划关节位置、速度、力矩。

cart_pose

• 返回：实际法兰位姿，格式 [x, y, z, qw, qx, qy, qz]。

plan_cart_pose

• 返回：规划法兰位姿。

joint_external_tau / cart_external_force

• 返回：关节外力矩、笛卡尔外力（6 维）。

末端执行器属性

• end_effector_state: 状态（-1 未连接/无，0 未使能，1 正常）
• end_effector_type: 末端执行器类型
• end_effector_name: 末端执行器名称
• end_effector_dof: 末端执行器自由度
• end_effector_pos / vel / tau: 实际位置/速度/力矩（列表）
• plan_end_effector_pos / vel / tau: 规划值
• gripper_state: 夹爪状态（简化，-1/0/1）
• gripper_pos / tau: 夹爪位置和力矩（单值）
• plan_gripper_pos / tau: 规划夹爪值
• hand_state: 灵巧手状态
• hand_pos / vel / tau: 灵巧手实际位置/速度/力矩（列表）
• plan_hand_pos / vel / tau: 规划灵巧手值

python

print("Gripper position:", robot.gripper_pos)

tool_index

• 返回：当前工具号。

python

print("Current tool:", robot.tool_index)

---

控制命令

注： 大部分运动控制和配置指令在执行成功且被服务端接收时，默认返回布尔值 True，因异常或拒绝时返回 False。

set_ready(timeout_ms=3000)

• 描述：将机械臂置为就绪状态（清除错误、伺服上使能、切换到位置模式）。
• 参数：
  • timeout_ms (int): 超时毫秒。
• 返回：bool 是否成功。

python

if robot.set_ready():
    print("Robot is ready")

set_servo_enable(enable=True)

• 描述：设置伺服使能。
• 参数：
  • enable (bool): True 上使能，False 下使能。

set_control_mode(mode=1)

• 描述：设置控制模式。
• 参数：
  • mode (int): 0-IDLE, 1-点位, 2-MIT, 3-拖动, 4-力位混合。

python

robot.set_control_mode(3)  # 进入拖动模式

set_passthrough_data(mode, can_id, data)

• 描述：设置透传数据。
• 参数：
  • mode (int): 模式，0-仅发送，1-仅接收，2-发送并接收。
  • can_id (int): CAN ID。
  • data (list/str): 透传数据（字节列表或十六进制字符串等，需底层支持）。
• 返回：当模式为 1 或 2 且执行成功时，返回 (True, can_id, bytes_data) 三元组；其它情况返回 (False, None, None)。

python

# 发送透传数据，data 可为列表或十六进制字符串
success, can_id, data = robot.set_passthrough_data(mode=1, can_id=0x01, data=[0x0A, 0x0B])
print(success, can_id, data)  # 成功示例输出: True 1 b'\x0a\x0b'

set_end_effector(dof, pos, vel, tau)

• 描述：设置末端执行器（夹爪/灵巧手）的目标位置、速度、力矩。
• 参数：
  • dof (int): 自由度。
  • pos (float/list): 位置值或列表。
  • vel (float/list): 速度值或列表。
  • tau (float/list): 力矩值或列表。
• 说明：输入自动对齐到指定自由度，不足补零，超出截断。

python

# 单自由度夹爪
robot.set_end_effector(1, pos=0.02, vel=0.0, tau=5.0)

set_gripper(pos, tau=10)

• 描述：简化的夹爪控制（单自由度）。
• 参数：
  • pos (float): 夹爪间隔（米），范围 0~0.08。
  • tau (float): 夹持力矩（N·m），范围 0~100。

python

robot.set_gripper(0.03, tau=8)

set_hand(pos, tau, vel)

• 描述：设置灵巧手位置、力矩和速度。
• 参数：
  • pos (float/list): 灵巧手位置或列表。
  • tau (float/list): 灵巧手力矩或列表。
  • vel (float/list): 灵巧手速度或列表。
• 说明：输入自动对齐到指定自由度，不足补零，超出截断。

python

# 设置 3 个自由度的灵巧手
robot.set_hand([0.1, 0.2, 0.3], tau=[5.0, 5.0, 5.0], vel=[0.1, 0.1, 0.1])

set_tool_index(index)

• 描述：切换当前工具号。
• 参数：
  • index (int): 工具索引。

python

robot.set_tool_index(1)

get_tool_coordinate(tool)

• 描述：获取指定工具坐标系（工具末端相对法兰的位姿）。
• 参数：
  • tool (int): 工具号。
• 返回：工具的笛卡尔坐标 [x, y, z, qx, qy, qz, qw] 列表，失败或异常返回空列表 []。

set_collision_config(flag=True, level=10)

• 描述：配置碰撞检测。
• 参数：
  • flag (bool): 是否开启。
  • level (int): 灵敏度等级 0~2（0 最灵敏）。

python

robot.set_collision_config(True, level=1)

stop(type=0)

• 描述：通用停止。
• 参数：
  • type (int): 0-暂停, 1-停止, 2-禁用, 3-紧急停止。

python

robot.stop(1)  # 停止

stop_task(at_once=False)

• 描述：停止当前任务。
• 参数：
  • at_once (bool): 是否立即停止（否则完成当前段后停止）。

recover()

• 描述：退出暂停/急停状态。

clean_carm_error()

• 描述：清除控制器错误。

set_speed_level(level=5.0, response_level=20)

• 描述：设置速度等级。
• 参数：
  • level (float): 0~10，对应 0%~100%。
  • response_level (int): 过渡周期数（1~10000）。

python

robot.set_speed_level(3.0, response_level=10)

---

运动接口

track_joint(pos, end_effector=None)

• 描述：关节空间轨迹跟踪（周期性发送目标关节位置）。
• 参数：
  • pos (list): 目标关节位置。
  • end_effector (float, optional): 夹爪目标位置（0~0.08）。

python

robot.track_joint([0.1, -0.2, 0.3, 0, 0, 0], end_effector=0.02)

track_pose(pos, end_effector=None)

• 描述：笛卡尔空间轨迹跟踪（周期性发送目标位姿）。

python

target_pose = [0.5, 0.0, 0.3, 0.707, 0.0, 0.707, 0.0]
robot.track_pose(target_pose, end_effector=0.02)

move_joint(pos, tm=-1, is_sync=True, tool=0)

• 描述：关节空间点到点运动（TASK_MOVJ）。
• 参数：
  • pos (list): 目标关节位置。
  • tm (float): 期望运动时间（-1 表示自动）。
  • is_sync (bool): 是否阻塞等待完成。
  • tool (int): 工具号。

python

res = robot.move_joint([0.2, -0.3, 0.4, 0, 0, 0], is_sync=True)

move_pose(pos, tm=-1, is_sync=True, tool=0)

• 描述：笛卡尔空间点到点运动。

move_line_pose(pos, is_sync=True, tool=0)

• 描述：笛卡尔直线运动（TASK_MOVL）。

python

robot.move_line_pose([0.6, 0.1, 0.3, 0.707, 0, 0.707, 0], is_sync=True)

move_line_joint(pos, is_sync=True, tool=0)

• 描述：关节空间直线运动。

move_flow_pose(target_pos, line_theta_weight=0.5, accuracy=0.0001, move_line=False, is_sync=True, tool=0)

• 描述：笛卡尔雅可比迭代运动（TASK_FLOW）。
• 参数：
  • target_pos (list): 目标位姿。
  • line_theta_weight (float): 位置/姿态权重（0~1）。
  • accuracy (float): 收敛精度。
  • move_line (bool): 是否直线运动。

python

robot.move_flow_pose([0.6, 0.1, 0.3, 0.707, 0, 0.707, 0], accuracy=0.001)

move_toppra(targets, speed=100, tool=0, is_joint_val=True, is_sync=True)

• 描述：基于 TOPPRA 的多点轨迹运动。
• 参数：
  • targets (list): 目标轨迹点列表（也可传入单个目标点），可以为关节位置序列或笛卡尔位姿序列。
  • speed (float): 速度百分比。
  • tool (int): 工具号。
  • is_joint_val (bool): True 表示关节空间目标，False 表示笛卡尔空间目标。
  • is_sync (bool): 是否阻塞等待完成。

python

robot.move_toppra([[0.1, -0.2, 0.3, 0, 0, 0], [0.2, -0.3, 0.4, 0, 0, 0]], is_joint_val=True)

move_joint_traj(target_traj, gripper_pos=None, stamps=None, is_sync=True)

• 描述：关节轨迹连续运动。stamps 为空时使用 TOPPRA 路径规划，有值时使用 PVT 模式。
• 参数：
  • target_traj (list): 目标关节位置轨迹列表。
  • gripper_pos (list, optional): 夹爪位置列表（仅 PVT 模式生效），与路点一一对应。
  • stamps (list, optional): 时间戳列表（秒），None 或空时使用 TOPPRA，有值时使用 PVT。
  • is_sync (bool): 是否阻塞等待完成。

move_pose_traj(target_traj, gripper_pos=None, stamps=None, is_sync=True)

• 描述：位姿轨迹连续运动。stamps 为空时使用 TOPPRA 路径规划，有值时使用 PVT 模式。
• 参数：
  • target_traj (list): 目标笛卡尔位姿轨迹列表。
  • gripper_pos (list, optional): 夹爪位置列表（仅 PVT 模式生效）。
  • stamps (list, optional): 时间戳列表（秒），None 或空时使用 TOPPRA，有值时使用 PVT。
  • is_sync (bool): 是否阻塞等待完成。

move_pvt(target_pos, gripper_pos=None, stamps=None, is_joint_val=True, is_sync=True)

• 描述：PVT（位置-速度-时间）模式运动，无需加入起始点，直接给目标点。
• 参数：
  • target_pos (list): 规划路点列表，每个路点为关节角或位姿。
  • gripper_pos (list, optional): 夹爪位置列表，与路点一一对应，None 或空为不运动夹爪。
  • stamps (list): 时间戳列表（秒），与路点一一对应，必须递增且大于0。
  • is_joint_val (bool): True 表示关节空间目标，False 表示笛卡尔空间目标。
  • is_sync (bool): 是否同步等待任务完成。

python

waypoints = [[0.1, -0.2, 0.3, 0, 0, 0], [0.2, -0.3, 0.4, 0, 0, 0]]
stamps = [2.0, 4.0]
robot.move_pvt(waypoints, stamps=stamps, is_joint_val=True)

---

示教接口

trajectory_teach(off_on, name="")

• 描述：开始/停止示教录制。
• 参数：
  • off_on (bool): True 开始，False 停止。
  • name (str): 轨迹名称。

python

robot.trajectory_teach(True)
# ... 移动机械臂 ...
robot.trajectory_teach(False, "my_traj_001")

trajectory_recorder(name, is_sync=True)

• 描述：复现指定名称的轨迹。

python

robot.trajectory_recorder("my_traj_001", is_sync=True)

check_teach()

• 描述：获取已录制的轨迹列表。
• 返回：列表。

python

traj_list = robot.check_teach()
print("Recorded trajectories:", traj_list)

---

运动学

inverse_kine(cart_pose, ref_joints, tool=0)

• 描述：逆运动学求解。
• 参数：
  • cart_pose (list 或 list of lists): 目标位姿（单个或多个）。
  • ref_joints (list 或 list of lists): 参考关节角。
  • tool (int): 工具号。
• 返回：成功时返回解析过的关节角结果（单个一维列表或二维列表）。失败或异常返回空列表 []。

python

joints = robot.inverse_kine([0.5, 0, 0.3, 0.707, 0, 0.707, 0], [0,0,0,0,0,0])
print("Inverse joints:", joints)

forward_kine(joint_pos, tool=0)

• 描述：正运动学求解。
• 参数：
  • joint_pos (list 或 list of lists): 关节角。
  • tool (int): 工具号。
• 返回：成功时返回解析过的位姿结果（单个一维列表或二维列表）。失败或异常返回空列表 []。

python

pose = robot.forward_kine([0.1, -0.2, 0.3, 0, 0, 0])
print("Cartesian pose:", pose)

---

工具与诊断接口

ping(date=None)

• 描述：发送 ping 请求，用于测试通讯延时及带宽。
• 参数：
  • date (str, optional): 携带的数据载荷。
• 返回：dict，包含 Unix_resp（接收时间戳）和 data（载荷）。

set_debug(flag=False)

• 描述：设置控制器进入 debug 仿真模式，该模式下不连接机械臂。
• 参数：
  • flag (bool): True 开启仿真模式，False 关闭。
• 返回：bool 执行是否成功。

---

底层透传接口（Low-Level）

底层透传接口提供伺服级的高速控制能力，适用于需要 1ms 级控制周期的场景。使用前需调用 set_low_mode(True) 进入底层模式。

set_low_mode(flag=True)

• 描述：设置底层透传模式。
• 参数：
  • flag (bool): True 开启，False 关闭。
• 返回：bool

底层控制指令

以下指令均返回 (success: bool, low_state: dict) 元组。执行后可通过 @property 获取最新底层状态。

low_pv_command(pos, vel)

• 描述：发送底层位置速度(PV)控制指令。
• 参数：pos (list) 目标关节位置 (rad)，vel (list) 目标关节速度 (rad/s)。

low_mit_command(pos, vel, tau, kp, kd)

• 描述：发送底层 MIT 综合控制指令。
• 参数：pos/vel/tau/kp/kd 均为 list，分别对应关节位置、速度、前馈力矩、刚度、阻尼。

low_pf_command(pos, vel, tau)

• 描述：发送底层位置力矩(PF)混合控制指令。

low_current_command(tau)

• 描述：发送底层力矩(Current)指令。
• 参数：tau (list) 目标关节力矩 (N·m)。

low_refresh()

• 描述：主动刷新并获取底层硬件数据（无需下发控制指令）。

low_set_end_effector_ctr(pos, vel, tau)

• 描述：底层末端执行器控制指令。

底层配置指令

low_set_robot_mode(mode)

• 描述：设置机器人底层运行模式。

low_set_end_effector_mode(mode)

• 描述：设置末端执行器底层运行模式。

low_set_servo_enable(status)

• 描述：控制底层伺服上/下使能。
• 参数：status (bool) True 上使能，False 下使能。

low_reset(cnt=5)

• 描述：进行底层错误复位操作。
• 参数：cnt (int) 尝试复位的最大次数。

底层状态查询

low_get_servo_status()

• 描述：主动获取底层伺服级状态。
• 返回：dict，包含 mitKp/mitKd/pvVel/pfVel/isServoEnable/fsmMode/isConnected/mosTemperature/motorTemperature/motorVBus/motorErrorCode/motorErrorMsg 等字段。

low_get_inverse_kine(pose, refer_pos, tool=-1)

• 描述：执行底层逆运动学闭式求解。
• 返回：(success, tool, joint_pos) 元组。

low_get_forward_kine(joint_pos, tool=-1)

• 描述：执行底层正运动学计算。
• 返回：(success, tool, pose) 元组。

low_get_dynamics(joint_pos, joint_vel, joint_acc)

• 描述：计算惯性矩阵(M)、科里奥利力(C)、重力(G)分量。
• 返回：(success, tool, m_force, c_force, g_force) 元组。

low_get_jacobian(joint_pos)

• 描述：获取底层雅可比矩阵。
• 返回：(success, tool, matrix) 元组，matrix 为二维列表 list[list[float]]，形状 (rows, cols)。

low_get_nullspace(joint_pos, tolerance)

• 描述：获取底层零空间矩阵。
• 返回：(success, tool, matrix) 元组，matrix 为二维列表。

底层状态属性（@property）

执行底层控制指令后，可通过以下属性直接读取最新底层状态：

臂状态（来自 RobotStatus）：

• low_error_code / low_error_msg: 错误码和信息
• low_arm_connected / low_arm_enable: 连接和使能状态
• low_arm_status / low_arm_mode: 臂状态和模式

关节状态（来自 RobotState）：

• low_joint_cmd_pos / low_joint_cmd_vel / low_joint_cmd_tau: 指令值
• low_joint_pos / low_joint_vel / low_joint_tau: 实际值

夹爪状态（来自 gripperStatus / gripperState）：

• low_gripper_connected / low_gripper_enable / low_gripper_err_code / low_gripper_mode
• low_gripper_cmd_pos / low_gripper_cmd_vel / low_gripper_cmd_tau
• low_gripper_pos / low_gripper_vel / low_gripper_tau

python

robot.set_low_mode(True)
robot.low_set_servo_enable(True)
robot.low_set_robot_mode(1)

# PV 控制循环
ok, state = robot.low_pv_command(target_pos, target_vel)
print("实际关节位置:", robot.low_joint_pos)
print("实际关节力矩:", robot.low_joint_tau)
print("臂连接状态:", robot.low_arm_connected)

robot.low_set_servo_enable(False)
robot.set_low_mode(False)

---

回调注册

on_error(callback)

• 描述：注册错误处理回调。
• 参数：
  • callback: 函数签名 fn(error_info)，其中 error_info 是包含错误详情的字典。

python

def my_error_handler(error_info):
    print(f"Error: {error_info}")

robot.on_error(my_error_handler)

on_task_finish(callback)

• 描述：注册任务完成回调。
• 参数：
  • callback: 函数签名 fn(task_key)。

python

def task_done(task_key):
    print(f"Task {task_key} finished")

robot.on_task_finish(task_done)

on_update(callback)

• 描述：注册状态更新回调。
• 参数：
  • callback: 函数签名 fn(Unix_time)，参数为当前状态更新的 Unix 时间戳（Unix_time_stamp，double类型）。

python

def state_updated(timestamp):
    print(f"State updated at timestamp: {timestamp}")

robot.on_update(state_updated)

---

注意事项

• 所有请求都是同步阻塞的，除非 is_sync=False 的运动接口。
• 状态属性（如 joint_pos）需在连接并收到状态更新后才能使用。
• 底层透传接口（low_*）使用前需先调用 set_low_mode(True) 进入底层模式，使用完毕后调用 set_low_mode(False) 退出。
• 底层控制指令（low_pv_command 等）会自动对输入进行非法值检查、维度校验和限幅处理。

许可证

MIT License