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개요

다이나믹셀을 제어하기 위해서는 다이나믹셀의 프로토콜에 맞추어 통신을 해야 합니다.
다이나믹셀은 binary 형태의 데이터를 받아 구동됩니다.
이러한 데이터를 전송하기 위한 프로그램 예제는 Dynamixel 전용 Controller 또는 USB2Dynamixel, U2D2 의 사용자 설명서에 자세히 기술되어 있습니다.
따라서 본 다이나믹셀의 사용자 설명서에서는 Main controller 가binary 형태의 데이터를 전송할 수 있다는 가정하에 다이나믹셀에서 사용하는 통신 방식에 대한 설명과 통신 프로토콜에 대한 설명만을 기술하였습니다.

Packet

Main Controller와 다이나믹셀은 Packet이라고 불리는 데이터를 주고 받으며 통신합니다. Packet에는 두 가지 종류가 있습니다. Main Controller가 다이나믹셀을 제어하기 위해 전송하는 Instruction Packet과 다이나믹셀이 Main Controller로 답변하는 Status Packet이 그것입니다.

ID

ID는 한 개의 버스에 여러 개의 다이나믹셀이 연결되었을 때 각각의 다이나믹셀들을 구별하기 위해 만든 고유 번호입니다.
Instruction Packet과 Status Packet에 ID를 넣음으로써 Main Controller는 제어하고자 하는 다이나믹셀만을 제어할 수 있습니다.

Protocol

다이나믹셀은 8 bit, 1 Stop bit, None Parity의 Asynchronous Serial 통신을 합니다.

만약 같은 ID 를 가진 다이나믹셀이 연결되었을 경우 Packet 충돌이 일어나서 통신에 문제를 일으키게 됩니다.
그러므로 ID가 같은 다이나믹셀이 존재하지 않도록 ID설정을 해야 합니다.

다이나믹셀의 ID 는 변경 가능합니다. 변경 방법은 다이나믹셀 ID설정을 참고하시기 바랍니다.
공장 출하시 초기 ID 는 1번 입니다.

Half Duplex

Half Duplex란 TxD, RxD를 하나의 선으로 공유하는 통신 방식으로 다이나믹셀은 Half Duplex 방식을 사용하고 있습니다.
보통 하나의 BUS에 여러 개의 통신 장치를 연결할 경우에 사용합니다.
여러 개의 장치가 송신하는 동안 그 외의 다른 모든 장치들은 입력 상태이어야 하기 때문에 통신 방향을 제어하는 Direction Port가 필요합니다.
다이나믹셀을 제어하는 Main Controller는 통신 방향을 입력으로 설정해 놓고 있다가 Instructon Packet을 전송하는 동안만 통신 방향을 출력으로 설정해야 합니다.

Tx, Rx Direction

Half Duplex 통신 방식을 사용하기 위해 필요한 제어 방법입니다.
RS485 UART 에서는 송신이 끝나는 Timing 을 잘 맞춰서 Direction 을 수신 Mode 로 바꾸어야 합니다.
CPU 에서는 일반적으로 UART_STATUS 를 표시해주는 REGISTER 내에 다음과 같은 의미의 BIT 가 있습니다.

TXD_BUFFER_READY_BIT 의 경우는 Serial 통신에서 한 Byte 를 송신할 때 사용되며 그 예는 다음과 같습니다.

TxDByte(byte bData)
{
  while(!TXD_BUFFER_READY_BIT); //wait until data can be loaded.
  SerialTxDBuffer = bData; //data load to TxD buffer
}

Direction을 전환하는 시점에서는 TXD_SHIFT_REGISTER_EMPTY_BIT를 확인해야 합니다. 다음은 Instruction packet을 전송하는 예제 프로그램입니다.

DIRECTION_PORT = TX_DIRECTION;
TxDByte(0xff);
TxDByte(0xff);
TxDByte(bID);
TxDByte(bLength);
TxDByte(bInstruction);
TxDByte(Parameter0); TxDByte(Parameter1); ...
DisableInterrupt(); // interrupt should be disable
TxDByte(Checksum); //last TxD
while(!TXD_SHIFT_REGISTER_EMPTY_BIT); //Wait till last data bit has been sent
DIRECTION_PORT = RX_DIRECTION; //Direction change to RXD
EnableInterrupt(); // enable interrupt again

Note 주의할 부분은 LINE 8부터 LINE 12입니다. LINE 8이 필요한 이유는 그 시점에서 Interrupt 가 발생하여 Return Delay Time 보다 긴 시간 동안 Interrupt routine이 수행될 경우 Status Packet의 앞부분이 손상되기 때문입니다.

Byte to Byte Time

Instruction Packet을 전송할 때 Byte와 Byte사이의 Delay Time을 의미하는데, 이 시간이 100msec가 넘을 경우 RX-64는 전송 장해가 발생한 것으로 간주하고, 다시 Packet의 header(0xff 0xff)를 기다립니다.

Instruction Packet

Instruction Packet은 제어기가 다이나믹셀에게 보내는 명령 데이터입니다. Instruction Packet의 구조는 아래와 같습니다.

Header1 Header2 ID Length Instruction Param 1 Param N Checksum
0xFF 0xFF ID Length Instruction Param 1 Param N CHKSUM

Packet의 시작을 알리는 신호입니다.

Packet ID

Instruction Packet을 받을 다이나믹셀의 ID입니다.

  1. 일반 ID : 0 ~ 253 (0x00~0xFD), 254개를 사용할 수 있습니다.
  2. Broadcast ID : 254 (0xFE), 연결된 모든 다이나믹셀이 Instruction Packet의 명령을 수행하며 Status Packet은 반환되지 않습니다.

Length

Packet의 길이로서 Instruction, Parameter, Checksum 항목의 데이터 길이를 포함합니다. Length = Parameter 개수(N) + 2

Instruction

다이나믹셀에 지시하는 명령으로 아래와 같은 종류가 있습니다.

명령어 세부 설명 파라미터 갯수
0x01 Ping 수행 내용 없음. 제어기가 Status Packet을 받고자할 경우 사용 0
0x02 Read 다이나믹셀의 데이터를 읽는 명령 2
0x03 Write 다이나믹셀의 데이터를 쓰는 명령 >2
0x04 Reg Write WRTE_DATA와 내용은 유사하나, 대기상태로 있다가 ACTION 명령이 도착해야 수행됨 >2
0x05 Action REG WRITE로 등록된 동작을 시작하라는 명령 0
0x06 Factory Reset 다이나믹셀의 상태를 공장 출하 상태로 복귀시키는 명령 0
0x83 Sync Write 한번에 여러 개의 다이나믹셀을 동시에 제어하고자 할때 사용되는 명령 >4
0x92 Bulk Read 한번의 명령으로 여러 개의 다이나믹셀의 데이터를 순차적으로 읽음.
(이명령은 MX시리즈에서만 사용할 수 있습니다.)
>4

Parameters

보조 데이터가 필요한 INSTRUCTION일 경우 PARAMETER를 사용합니다.

Instruction Checksum

Check Sum 은 Packet이 통신 중에 파손되었는지를 점검하기 위해 사용됩니다. 아래의 방법에 따라 Check Sum을 계산하여 작성하십시오.

Instruction Checksum = ~( ID + Length + Instruction + Parameter1 + … Parameter N )

~ 은 Not Bit 연산자입니다. 위 식에서 괄호 안의 계산 결과가 255(0xFF) 보다 클 경우 하위 byte 만 사용합니다.

예를 들면 아래와 같은 Instruction Packet 을 쓰고 싶을 경우

ID=1(0x01), Length=5(0x05), Instruction=3(0x03), Parameter1=12(0x0C), Parameter2=100(0x64), Parameter3=170(0xAA)

Checksum = ~ ( ID + Length + Instruction + Parameter1 + … Parameter 3 ) = ~ [ 0x01 + 0x05 + 0x03 + 0x0C + 0x64 + 0xAA ] = ~ [ 0x123 ] // 하위 byte인 0x23만 Not 연산을 수행합니다. = 0xDC

따라서, Instruction Packet 은 0x01 0x05 0x03 0x0C 0x64 0xAA 0xDC 가 되어야 합니다.

Status Packet(Return Packet)

다이나믹셀은 Main Controller로부터 받은 명령을 수행한 뒤 그 결과를 Main Controller에게 Return합니다. 이 때 Return 되는 데이터를 Status Packet이라고 합니다. Status Packet의 구조는 아래와 같습니다.

Header1 Header2 ID Length Error Param 1 Param N Checksum
0xFF 0xFF ID Length Error Param 1 Param N CHKSUM

Header

Packet의 시작을 알리는 신호입니다.

Packet ID

Status Packet을 전송하는 다이나믹셀의 ID입니다.

  1. 일반 ID : 0 ~ 253 (0x00~0xFD), 254개를 사용할 수 있습니다.
  2. Broadcast ID : 254 (0xFE), 연결된 모든 다이나믹셀이 Instruction Packet의 명령을 수행하며 Status Packet은 반환되지 않습니다.

Length

Status Packet의 길이로서 Error, Parameter, Checksum 항목의 데이터 길이를 포함합니다. Length = Parameter 개수(N) + 2

Error

다이나믹셀의 동작 중에 발생된 오류 상태를 나타내며, 각 Bit별 의미는 다음 표와 같습니다.

Bit 명령 세부 설명
Bit 7 0 -
Bit 6 Instruction Error 정의되지 않은 Instruction이 전송된 경우, 또는 reg_write명령없이 action명령이 전달된 경우 1로 설정됨
Bit 5 Overload Error 설정된 Torque로 현재의 하중을 제어할 수 없을 때 1로 설정됨
Bit 4 Checksum Error 전송된 Instruction Packet의 Checksum이 맞지 않을 때 1로 설정됨
Bit 3 Range Error 사용범위를 벗어난 명령일 경우 1로 설정됨
Bit 2 Overheating Error Dynamixel 내부 온도가 Control Table에 설정된 동작온도 범위를 벗어났을 때 1로 설정
Bit 1 Angle Limit Error Goal Position이 CW Angle Limit ~ CCW Angle Limit 범위 밖의 값으로 Writing 되었을때 1로 설정됨
Bit 0 Input Voltage Error Error인가된 전압이 Control Table에 설정된 동작전압 범위를 벗어났을 경우 1로 설정됨

예를 들어 Status Packet이 아래와 같이 Return 되었을 경우

0xFF 0xFF 0x01 0x02 0x24 0xD8

ID 가 01 번인 RX-64로부터 0x24 의 Error가 발생했다는 것을 의미합니다.
0x24는 2 진수로 00100100 이므로 Bit 5Bit 21이 된 것입니다.
즉, Overload Error 와 Overheating Error 가 발생되었다는 것을 알 수 있습니다.

Note 위 테이블에 나와있는 에러 종류는 액츄에이터와 관련된 사항이며, 다이나믹셀의 종류에 따라 내용이 다를 수 있습니다.

[Parameter]

ERROR 외의 Data 를 Return 합니다. 사용 방법은 Instruction의 종류를 참고하시기 바랍니다.

Status Checksum

It is used to check if packet is damaged during communication. Status Checksum is calculated according to the following formula.

Status Checksum = ~( ID + Length + Error + Parameter1 + … Parameter N )

Instruction의 종류

Instruction Packet은 7종류의 명령들이 있습니다.
다이나믹셀을 구동시키기 위해서는 Main Controller에서 다이나믹셀에 Instruction Packet이라는 binary 형태의 데이터를 보내야 합니다.
또한 다이나믹셀은 Instruction Packet을 받아 명령을 수행한 뒤 그 결과를 Status Packet으로 Main Controller 에 응답합니다.
여기에서는 Instruction Packet의 각 명령 별로 사용 예를 기술하였습니다.

Note 아래 예제는 다이나믹셀 액츄에이터 RX-64를 기반으로 작성된 예제입니다. AX-12A, DX 등 다른 다이나믹셀도 동일한 명령으로 구성되어 있으므로, 같은 Packet 형식으로 사용할 수 있습니다.

Ping

아무 것도 지시하지 않습니다.
단지 Status Packet을 받고자 할 때나 특정 ID를 갖는 다이나믹셀의 존재를 확인하기 위해 사용됩니다.
다이나믹셀의 Status Return Level(16)이 ‘0’으로 설정되어 있더라도 Ping 명령어에 응답하게 됩니다.
단, PING instruction 을 사용하더라도 Check Sum Error가 발생한 경우에는 Status Packet을 반환하지 않습니다.

Instruction Length Parameter
0x01 0x02 -

예제

예제 설명

Ping Instruction Packet

H1 H2 ID LEN INST CKSM
0xFF 0xFF 0x01 0x02 0x01 0xFB

ID 1 Status Packet

H1 H2 ID LEN ERR CKSM
0xFF 0xFF 0x01 0x02 0x00 0xFC

Read

Control Table의 Data를 읽는 명령입니다.

Instruction Length Param 1 Param 2
0x02 0x04 데이터의 시작 주소 데이터의 길이

예제

예제 설명

Read Instruction Packet

H1 H2 ID LEN INST P1 P2 CKSM
0xFF 0xFF 0x01 0x04 0x02 0x2B 0x01 0xCC

ID 1 Status Packet

H1 H2 ID LEN ERR P1 CKSM
0xFF 0xFF 0x01 0x03 0x00 0x20 0xDB

Write

Control Table에 Data를 쓰는 명령입니다.

Instruction Length Param 1 Param 2 Param 3 Param N+1
0x03 N + 3 데이터의 시작 주소 첫번째 바이트 두번째 바이트 N번째 바이트

예제

예제 설명

Write Instruction Packet

H1 H2 ID LEN INST P1 P2 CKSM
0xFF 0xFF 0xFE 0x04 0x03 0x03 0x01 0xF6

Note Broadcast ID(0xFE)가 사용될 경우 Status Packet은 반환되지 않습니다.

Reg Write

REG_WRITE명령은 WRITE_DATA명령과 기능은 유사하나, 명령이 수행되는 시점이 다릅니다.

  1. Instruction Packet이 도착하면 그 값을 Buffer에 저장하고 Write 동작은 대기 상태로 남겨둡니다.
  2. 이때, Registered Instruction (Address 44 (0x2C)) 이 1로 설정됩니다.
  3. 이후에 Action Instruction Packet이 도착하면 Registered Instruction 이 0으로 바뀌면서 비로소 등록되어 있던 Write명령이 실행됩니다.
Instruction Length Param 1 Param 2 Param N+1
0x04 N+3 데이터의 시작 주소 첫번째 바이트 N번째 바이트

예제

예제 설명

Reg Write Instruction Packet

H1 H2 ID LEN INST P1 P2 P3 CKSM
0xFF 0xFF 0x01 0x05 0x04 0x1E 0xF4 0x01 0xE2

ID 1 Status Packet

H1 H2 ID LEN ERR CKSM
0xFF 0xFF 0x01 0x02 0x00 0xFC

Action

REG_WRITE로 등록된 WRITE 작업을 수행하라는 명령입니다.
ACTION 명령은 여러 개의 다이나믹셀들을 동시에 움직여야 하는 경우 사용합니다.
여러 개의 구동장치를 통신에 의해 제어할 때, 맨 처음 명령을 전달 받는 구동장치와 맨 마지막에 명령을 전달 받는 구동장치는 구동 시점에 약간의 시간 차이가 있는데, ACTION 명령은 이 문제를 해결합니다.

Note Action 명령어를 사용할 경우 Status Packet은 반환되지 않습니다.

Instruction Length Parameter
0x05 0x02 -

예제

예제 설명

Action Instruction Packet

H1 H2 ID LEN INST CKSM
0xFF 0xFF 0xFE 0x02 0x05 0xFA

Factory Reset

Control Table의 Data를 공장 출하 값 상태로 되돌려 놓습니다.

주의 RESET 명령을 사용하면 사용자가 EEPROM에 설정했던 값이 지워지므로 사용에 주의하시기 바랍니다.

Instruction Length Parameter
0x06 0x02 -

예제

예제 설명

Factory Reset Instruction Packet

H1 H2 ID LEN INST CKSM
0xFF 0xFF 0x00 0x02 0x06 0xF7

ID 0 Status Packet

H1 H2 ID LEN ERR CKSM
0xFF 0xFF 0x00 0x02 0x00 0xFD

Sync Write

한번의 Instruction Packet전송으로 여러 개의 다이나믹셀들을 동시에 제어하고자 할 때 사용되는 명령어입니다.
이 명령을 사용하면 여러 명령을 한번에 전달하므로 Reg_Write/Action에 비해 통신시간이 줄어듭니다.
단, Write 하고자 하는 컨트롤 테이블의 주소와 길이가 모두 동일해야 SYNC WRITE 명령을 사용할 수 있습니다.
또한 ID는 Broadcasting ID로 전송되어야 합니다.

항목 설명
Instruction 0x83
Length ((L + 1) * N) + 4 (L:데이터 길이, N:다이나믹셀 갯수)
Parameter 1 시작주소
Parameter 2 데이터 길이
Parameter 3 첫번째 장치 ID
Parameter 4 첫번째 장치 첫번째 데이터 바이트
Parameter 5 첫번째 장치 두번째 데이터 바이트
Parameter L+3 첫번째 장치 L번째 데이터 바이트
Parameter L+4 두번째 장치 ID
Parameter L+5 두번째 장치 첫번째 데이터 바이트
Parameter L+6 두번째 장치 두번째 데이터 바이트
Parameter 2L+4 두번째 장치 L번째 데이터 바이트

예제

예제 설명

Sync Write Instruction Packet

H1 H2 ID LEN INST P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12 CKSM
0xFF 0xFF 0xFE 0x0E 0x83 0x1E 0x04 0x00 0x10 0x00 0x50 0x01 0x01 0x20 0x02 0x60 0x03 0x67

Note Broadcast ID(0xFE)가 사용될 경우 Status Packet은 반환되지 않습니다.

Bulk Read

한 번의 Instruction Packet 전송으로 여러 개의 다이나믹셀(MX시리즈)에서 동시에 값을 읽어오고자 할 때 사용되는 명령어입니다.
여러 번의 READ 명령을 내리는 것에 비해 패킷의 길이가 줄어들고, 리턴 되는 상태 패킷들 사이에 유휴 시간이 줄어들어 통신 시간을 절약할 수 있습니다.
단, 하나의 모듈에 여러 번 읽어 오도록 사용할 수는 없으며 동일한 모듈 ID 를 여러 번 지정할 경우 가장 먼저 지정된 파라미터만 처리됩니다.

항목 설명
Instruction 0x92
Length 3N + 3
Parameter 1 0x00
Parameter 2 첫번째 장치 읽어들일 데이터의 길이
Parameter 3 첫번째 장치 ID
Parameter 4 첫번째 장치 시작주소
Parameter 3N+2 N번째 장치 읽어들일 데이터의 길이
Parameter 3N+3 N번째 장치 ID
Parameter 3N+4 N번째 장치 시작주소

예제

예제 설명

Bulk Read Instruction Packet

H1 H2 ID LEN INST P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 CKSM
0xFF 0xFF 0xFE 0x09 0x92 0x00 0x02 0x01 0x1E 0x02 0x02 0x24 0x1D

이러한 동작을 지시하기 위한 명령 패킷은 다음과 같이 이루어집니다.

0xFF 0xFF 0xFE 0x09 0x92 0x00 0x02 0x01 0x1E 0x02 0x02 0x24 0x1D

이 때 ID 2 인 모듈은 데이터 버스 상에 ID 1(바로 전 파라미터의 ID) 인 모듈의 상태 패킷이 전송되는 것을 감시하다가 ID 1 인 모듈의 상태 패킷이 전송 완료되는 즉시 자신의 상태 패킷을 전송하게 된다.
리턴되는 상태 패킷은 아래와 같이 됩니다.

0xFF 0xFF 0x01 0x04 0x00 0x00 0x80 0x7A 0xFF 0xFF 0x02 0x04 0x00 0x00 0x80 0x79

각각 모듈 ID 1 과 ID 2 에서 보낸 상태 패킷이 연달아 들어오는 형식이 됩니다.

ID 1 Status Packet

H1 H2 ID LEN ERR P1 P2 CKSM
0xFF 0xFF 0x01 0x04 0x00 0x00 0x80 0x7A

ID 2 Status Packet

H1 H2 ID LEN ERR P1 P2 CKSM
0xFF 0xFF 0x02 0x04 0x00 0x00 0x80 0x79

추가 예제