QuickLink_用户手册_V1.1
QuickLink 快换模组用户手册
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1 前 言
         感谢您关注朝闻道快速更换模块「QuickLink」。这款产品是一款创新的用于机械臂与末端工具的快换装置，专为解决协作机械臂和末端执行器之间的软件及硬件障碍而设计。「QuickLink」采用电驱锁紧技术和转珠锁紧结构，无需气泵即可实现随插随用和无辅助工具快速更换。「QuickLink」在断电状态下仍能稳固锁合，确保安全。「QuickLink」兼容多种机械臂和工具。该设备支持485通讯协议控制及485通讯转发，可以将控制指令转发到挂载末端设备上，此外，还支持用户通过通讯协议数据帧格式进行二次开发。
主要特点
适用范围
驱控内置，机电控一体化
3C 电子
小体积、大夹持力，掉电保持
汽车制造
无需气压气泵
工厂
组网扩展
实验室
信息反馈、工业互联
医疗
 
化妆品
 
其他
         本手册为朝闻道「QuickLink」产品通用手册。手册提供了产品的通讯协议与控制、参数说明及保修事项等方面的说明。对于初次使用的用户，请务必认真阅读本手册。若对本手册内容有所疑惑，请咨询我司的技术支持人员以获取帮助。
注意事项
●由于是系列化产品的通用手册，且本手册中的图例仅为了说明，可能会与您订购的产品有所不同。本公司致力于产品的不断完善，产品功能会不断升级，所提供的资料如有变更，恕不另行通知，可自行咨询。
●若使用中有其他问题，请联系本公司各区域代理商或客户服务中心。
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2 特性参数
        「QuickLink」是一款创新性的机械臂与末端工具快换装置，专为解决协作机械臂和末端执行器之间的软件及硬件障碍而设计，是深度洞察机器人技术及跨行业应用长期挑战后精心研发的智能化解决方案。「QuickLink」采用电驱锁紧技术，无需气压气泵，实现即插即用和无工具快速更换末端设备。即便在断电状态下也能保持稳固锁合，确保安全可靠。兼容多种机械臂和末端设备，满足不同任务需求。并支持ROS/ROS2、Python等方式进行二次开发。适用于制造、仓储物流、医疗和教育科研等多个领域。
其硬件特性参数如下：
载荷
Load
负载Payload capacity
10kg
锁紧力Locking force
7497N
容许弯矩（静态） Allowable static   moment
3210N·m
容许扭矩（静态） Allowable static   torque
1570N·m
尺寸与精度Size and precision
外形尺寸 Dimension
Φ80mm
连接时厚度 Combined thickness
72mm（不含机械臂固定法兰）
位置重置精度 Position   repeatability
±0.05mm
工作驱动压力 
Air pressure for   working
无，电驱动
锁紧机构 
Locking mechanism
钢珠锁紧 Locking steel ball
材质Material
本体 Main body
航空铝合金 Aluminum alloy
锁紧机构 Locking mechanism
航空铝合金+合金钢 Alloy steel
工作环境Work environment
环境温度 Temperature
0-60℃
环境湿度 Humidity
0-95%
产品重量
Weight
公头侧 Male Coupler
0.363kg
母头侧 Female Coupler
0.207kg
电气特性
Electrical Characteristics
工作电压
24V
额定末端电流
4.2A
额定末端功率
100W
峰值末端电流
5.2A
峰值末端功率
125W
超过额定末端电流和功率，可能会导致快换末端重启
只有锁定状态24v/12vadj才会供电，快换解锁的时候会自动断电，也可通过指令控制上电/断电。
3 使用说明
3.1 模组使用说明
3.1.1 产品硬件接口介绍
1.产品本体由两个模块组成，分别公头与母头，用户可通过在母头上固定不同工具，在机械臂等设备上固定公盘，公头和母头之间可任意组合，通过一公对多母的形式来快速更换装载的末端工具，亦可通过多公一母的形式实现在不同机械臂中快速更换末端设备的目的。
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            公头与母头之间通过接触引脚来进行信号和电源的传输，如下图所示。
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2.灵巧手，夹爪等末端工具可通过螺丝安装固定在母头上，母头具备一个插槽接口，为末端工具提供电源与传输控制信号。
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3.通过上位机发送上锁和开锁指令后，公头里的控制板会给旋转舵机发送控制信号，让舵机进行旋转运动，转轴机构设计旋转会让转珠凸起或者凹陷，配合母头内部的凹槽实现上锁与解锁状态。
3.1.2 设备接线
1.首先我们来看各个快换头上的接口定义，接口公头和母头接口详细情况如下图所示。
快换公头接口定义如下图，以红点处防呆接口为分辨点。﻿
快换母头接口定义如下图，以快换母盘侧接口中的凹槽为分辨点，
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快换母头五ping接口，及焊接示意图
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USB转485控制盒输出接线定义如下图，此接口也有防呆设计，无需在意正反，插进去即可。
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需要注意的是，上图的USB通信接口为测试接口，实际使用485接口进行通信使用。
2.快换公头和母头触点定义示意图
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如果用户需要扩展接口使用，建议先用万用表确定电压与接口准确无误，防止错接、电压不对等问题导致设备与人员安全。
3.将控制盒通过航空插头与快换公头7Pin接口连接，实现对快换的供电与信号传输。
4.将24V电源适配器DC接口和USB数据通信线接入控制盒。
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5.接线视频详细讲解。
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3.1.3 模组装配
1.观察设备的固定孔位，根据末端结构进行固定。
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2.使用M3*60的螺丝插入快换模组公头的螺丝孔位上。
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3.快换模组公头对齐底座法兰板的孔位。
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4.紧固螺丝，确保快换模组公头与法兰板贴合。
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3.1.4 上电使用
模块上电后需要等待5秒进行初始化，期间不可使用按键！
1.上电后，设备两侧按键会分别亮起绿灯与红灯，绿灯按键用于解锁，红灯按键用于上锁。
2.处于上锁状态时，绿色按键长按会旋转舵机，转变为解锁状态。
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3.处于解锁状态时，红色按键长按会旋转舵机，转变为上锁状态。
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4.上电使用视频详细讲解。
3.2 上位机至快换指令包
3.2.1 指令包格式
帧头(固定)
操作代码
数据长度
数据体
CRC16校验
0x53 0x26
Operation
Length
Data
Modbus-CRC16
●帧头：0x53 0x26, 表示有数据包到达。如果帧头不是指定的0x53 0x26，则会直接转发至下位机或上位机，这也是上位机通过快换和末端工具通信的方式。
●操作代码(Header): 用来区分指令类型，长度固定为2个16进制位。具体见下面指令类型。
●数据长度(Content)：用于划分更细的指令类型。长度固定为10个16进制位。
●数据体(Data)：指令的具体内容，默认全0。长度为8个16进制位。
●CRC16校验：用于确保传输过程中能筛掉错误信息，提高数据准确度。其数值要根据前面发送的数据计算得出，具体计算方式可以参考python测试脚本或网络教程资源。
        Modbus-CRC16校验是上下位机通信之间为了降低因为各种硬件原因导致的错误数据带来的影响而使用的协议。Modbus-CRC16校验是发送方根据传输的数据通过特定方法对一个固定四位16进制进行处理，最后发送的时候将这个四位16进制数分开为两个两位16进制数，加在传输的数据末端，然后接受方接受到数据包后对除了最后两位的CRC校验位以外的数用同样的方法再计算出一个4位16进制数，通过将这个数与发送方发过来的校验位进行对比，如果一样，说明数据没丢并且可用，如果不一样，说明丢失数据或出现错误，这个包不能用。
Modbus-CRC16计算方法：
1.预置1个CRC寄存器，即一个16位的寄存器为十六进制FFFF(即全为1);
2.把第一个8位二进制数据(既通讯信息帧的第一个字节)与16位的CRC寄存器的低8位相异或，把结果放于CRC寄存器;
3.把CRC寄存器的内容右移一位(朝低位)用0填补最高位，并检查右移后的移出位;
4.如果移出位为0:重复第3步(再次右移一位);如果移出位为1:CRC寄存器与多项式A001(1010 0000 0000 0001)进行异或;
5.重复步骤3和4，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理;
6.重复步骤2到步骤5，进行通讯信息帧下一个字节的处理;
7.将该通讯信息帧所有字节按上述步骤计算完成后，得到的16位CRC寄存器的高、低字节进行交换;
如果觉得计算麻烦可以在网络上寻找Modbus-CRC16在线计算器，输入对应数据计算即可。
此处给出一个计算器的参考链接：http://bbs.rkckth.com/home/crc.html﻿
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3.2.2指令类型
请注意，这里的样例指令中的CRC代表数据的CRC校验位，并不是直接输入CRC！！
操作名称
操作代码
数据长度
数据体
CRC校验
释义
样例指令
返回指令
控制快换锁定/解锁
0x01
0x01
0x01
Modbus-CRC16
控制快换锁紧
0x53 0x26 0x01 0x01 0x01 CRC
原样返回->操作成功
0x02
Modbus-CRC16
控制快换解锁
0x53 0x26 0x01 0x01 0x02 CRC
原样返回->操作成功
获取快换当前锁定状态
0x02
0x01
0x01
Modbus-CRC16
获取快换当前锁定状态（锁定/解锁）
0x53 0x26 0x02 0x01 0x01 CRC
0x53 0x26 0x02 0x01 0x01/0x02 CRC
数据体01表示锁紧，02表示解锁
获取快换当前温度
0x03
0x01
0x01
Modbus-CRC16
获取快换当前温度（摄氏度）
0x53 0x26 0x03 0x01 0x01 CRC
0x53 0x26 0x03 0x01 TEMP CRC
数据体temp为当前温度（摄氏度）的16进制表示
控制24V/12vadj供电/断电
0x04
0x01
0x01
Modbus-CRC16
控制24V/12Vadj启动供电
0x53 0x26 0x04 0x01 0x01 CRC
原样返回->操作成功
0x02
Modbus-CRC16
控制24V/12Vadj停止供电
0x53 0x26 0x04 0x01 0x02 CRC
原样返回->操作成功
获取快换当前供电/断电状态
0x05
0x01
0x01
Modbus-CRC16
获取当前供电状态，返回1为供电开启，返回2为供电关闭
0x53 0x26 0x05 0x01 0x02 CRC 
0x53 0x26 0x05 0x01 0x01/0x02   CRC
 
3.2.3 通信示例
接下来是一个通信示例，我们使用一个USB转485连接电脑到快换公盘上，再将一个485转USB接到快换母盘上与电脑通信（这里使用电脑是为了模拟末端设备来查看接受485信号），按照之前的教程连接好电源，通讯线。接着打开设备管理器，通过拔插的方式确认电脑到快换公盘为COM6，快换母盘到电脑为COM5，我们打开两个串口助手，选择对应的通道，设置波特率，打开串口，设置串口助手为16进制发送，16进制显示，关闭发送新行，确保发送的除了数据包外没有其他任何数据。
如下图所示：﻿
然后我们输入锁紧的指令：53 26 01 01 01 3A D4（见3.1.1.1）
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可以看到上位机中接受到了返还的指令，且快换正常锁紧，说明指令运行正常（这里要运行锁紧指令的话快换必须处于未锁紧状态，不然不会返回对应指令），然后我们再测试一下其他指令，这里以获得锁紧状态为例，我们先按绿色按钮将其重置为未锁紧状态以获得和输送过去数据包不同的返回值，输入53 26 02 01 01 CA D4（见3.1.1.1）。
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可以看到返回指令为53 26 02 01 02 8A D5，为未锁紧状态，和实际相符。最后我们测试一下其他数据格式的转发功能，我们随便输入一个数据包（非53 26开头）：12 33 21 12 34 56 70
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可以看到与快换母头相连的COM5端口接受到了我们发送的数据，说明转发正常。
3.3快换至上位机指令包
3.3.1 指令包格式
该返回部分与上位机发送至快换完全一致！请参考3.2.1！
3.3.2指令包
操作名称
操作代码
数据长度
数据体
CRC校验
释义
样例指令
返回指令
控制快换锁定/解锁
0x01
0x01
0x01
Modbus-CRC16
控制快换锁紧
0x53 0x26 0x01 0x01 0x01 CRC
原样返回->操作成功
0x02
Modbus-CRC16
控制快换解锁
0x53 0x26 0x01 0x01 0x02 CRC
原样返回->操作成功
获取快换当前状态
0x02
0x01
0x01
Modbus-CRC16
获取快换当前锁定状态（锁定/解锁）
0x53 0x26 0x02 0x01 0x01 CRC
0x53 0x26 0x02 0x01 0x01/0x02 CRC
数据体01表示锁紧，02表示解锁
获取快换当前温度
0x03
0x01
0x01
Modbus-CRC16
获取快换当前温度（摄氏度）
0x53 0x26 0x03 0x01 0x01 CRC
0x53 0x26 0x03 0x01 TEMP CRC
数据体temp为当前温度（摄氏度）的16进制表示
4 结构尺寸
QuickLink 快换模组的尺寸结构，如下图所示：
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5 开发手册
5.1软件结构
●handsfree_quick_link_ros    快换ROS功能包
○launch        启动的launch
○script            代码脚本
■handsfree_quick_link_serial.py                         python2.7的快换驱动代码脚本
■handsfree_quick_link_serial3.py                      python3.6的快换驱动代码脚本
■handsfree_quick_link_node.py                        快换ROS驱动代码脚本
■test_node.py                                                              快换ROS测试代码脚本
■...
○README.md                                                                       使用说明
○...
5.2环境要求
● 系统环境：Ubuntu18.04/windows10
● python环境：python2.7、python3.6
● ROS环境：ROS Melodic
5.2.1Ubuntu端口确认
接入快换装置的USB接口后，打开终端查看USB端口标识，下面以`/dev/ttyUSB0`为例
2
ls /dev/ttyUSB*
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这里如果不确定是否连接上可以在插入和拔出快换装置的USB接口的情况下分别输入上述指令，对比输出进而判断快换USB对应的端口号。
5.2.2Windows端口确认
在桌面右击此电脑，选择管理，进入如下界面，选择设备管理器。
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选择端口，通过对比可以看到我们的通讯USB是属于哪个端口，例如此例子中端口为COM5。
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5.3快换装置的SDK驱动运行命令
●根据您电脑使用的python版本打开python运行脚本smart_switch/script/smart_switch_serial.py（如果使用版本是Python2）或者smart_switch/script/smart_switch_serial3.py（如果使用版本是Python3）
●根据USB端口标识、波特率以及执行命令修改代码。这里的USB端口标识根据使用系统的不同会有所不同，Windows端为COMx（x代表数字，详见5.2.2），Ubuntu端则是下图格式，更换0为具体的数字即可（详见5.2.1）
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●python2.7运行：
打开终端，输入下述指令（Windows使用win+r，输入cmd进入终端，或只用VS Code等编译器运行也可）
2
python2.7 smart_switch_serial.py
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●python3.6运行：
打开终端，输入下述指令（Windows使用win+r，输入cmd进入终端，或只用VS Code等编译器运行也可）
2
python3.6 smart_switch_serial3.py
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5.4快换装置的ROS驱动运行命令
●这里首先将我们的ROS功能包放在工作空间的src
●在工作空间目录下通过catkin_make指令完成编译
●通过下述指令使用测试脚本进行测试（端口号需要根据实际修改）
2
roslaunch handsfree_quick_link_ros test.launch port:=/dev/ttyUSB0
如果操作无误，应该能看到下述界面：
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且快换的舵机会周期性转动并控制锁紧和放松。
●先关闭所有终端，运行下面指令启动驱动（端口号需要根据实际修改）
2
roslaunch handsfree_quick_link_ros bringup.launch port:=/dev/ttyUSB0
5.5接口介绍
●使用下面的指令发送给快换装置
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    switch_commands = {
        'close': b'\x53\x26\x01\x01\x01', # 关锁
        'open': b'\x53\x26\x01\x01\x02',# 开锁
        'status': b'\x53\x26\x02\x01\x01',# 锁的状态
        'temp': b'\x53\x26\x03\x01\x01',# 温度信息
        'power_on': b'\x53\x26\x04\x01\x01',# 上电
        'power_off': b'\x53\x26\x04\x01\x02',# 断电
        'power_status': b'\x53\x26\x05\x01\x01'# 通电状态
    }
●通过话题` /handsfree_quick_link_node/command`发布指令，数据类型为String，例如:获取温度信息
2
rostopic pub /handsfree_quick_link_node/command std_msgs/String "data: 'temp'" 
●通过话题`/handsfree_quick_link_node/response`接收回馈数据，数据类型为String
2
rostopic echo /handsfree_quick_link_node/response
5.6核心功能介绍
1.控制快换锁定/解锁：
●提供命令控制快速更换模块锁定或解锁。
●需要支持操作命令以锁定或解锁设备。
2.获取快换当前状态：
●读取并返回快换模块的当前锁定状态（锁定或解锁）。
●可能需要定时或按需查询状态。
3.温度监控：
●获取并返回快换模块的当前温度。
●需要转换和处理温度数据（从十六进制转换为摄氏度）。
4.电源管理：
●控制供电或断电（24V/12Vadj）。
●获取当前的供电状态，确认是否供电。
6 注意事项
1.在长期使用过程中，公母头对接结构会出现一定的磨损，导致接触面摩擦力加大，公母头对接后，在某个角度解锁脱离时，会出现母头无法自然掉落的情况，该情况为正常现象。我们建议对母头（工具测）或末端执行器的放置位设计卡扣结构以固定母头或末端执行器，避免脱离失败的风险。
2.设备在上电时会有10s左右的一个初始化时间，该时间内不能按动设备上的按键，不然会导致设备初始化失败。如果在开机10s内按动了按键，则需要重新上点并等待初始化完成。
3.快换内部集成控制电路，故使用的机械臂末端如果发热严重会导致快换发热严重，严重的发热会导致快换出现异常。所以我们建议是在发热严重的机械臂上使用需要在快换与机械臂之间做好隔热处理。
4.在使用快换设备给末端执行器供电/通信时，建议量一下母头侧航空插的电压情况。
5.快换公头侧航空插口内的两个USB数据接口（详见3.1.2图）是调试接口，不是控制接口，无法控制快换的锁/松。故在设计时，一般可以考虑不连接USB D-、USB D+。
7 常见Q&A
Q.1：
为什么我的快换插上电后没有反应？
A.1：
快换公头处有两个按钮，按钮在正常上电后会一边红色，一边绿色（请参考用户手册3.2.4中图片），如果上电后没有任何反应，包括指示灯没有亮，可能是因为供电设备出现问题，可以检插输出电压和接口是否松动。
Q.2：
为什么我的快换指示亮灯了，但运行脚本无反应？
A.2：
快换指示灯正常亮起说明电源供电没有问题，运行脚本后无反应可能是与电脑通信连接出问题，建议排查一下硬件连接。如不确定是否连上可以在电脑设备管理器上查看，windows可通过此电脑-管理-设备管理器-端口查看电脑连接设备信息，Ubuntu可使用lsusb指令查看，通过对比快换与电脑通信usb插和拔后的设备信息可判断电脑是否连接上快换，如拔插前后出现设备变动，说明正常连接；如拔插前后未出现设备变动，请检查各个插头是否牢固插入及连接设备是否本身有问题。
Q.3：
为什么运行脚本正常，发送数据帧控制没有反应？
A.3：
如果您运行脚本正常，快换能看到正常现象，说明您快换与电脑连接没问题，然后请排查发送数据帧格式，尤其是最后的两位CRC校验位，有的串口助手软件自带CRC校验，请使用另一个485转USB模块连接电脑，再使用串口助手查看新连接的串口，检查发送CRC校验是否正确，且CRC校验格式为Modbus-CRC16。
Q.4：
为什么我的快换控制正常，但末端设备不能运行？
A.4：
快换能正常控制，或者通过了测试脚本能看到正常松紧，说明快换供电和与电脑连接通信均无问题。
首先请确认您的末端设备在不使用快换的情况下能正常使用，且在连接快换后未做任何软件和硬件上的改动。
其次是您的末端设备需使用485进行通信且波特率为115200。因为快换连接相当于电脑上挂载了快换和末端设备两个485设备，且末端设备是流经快换与电脑进行通信的，所以末端设备也要是和快换一样使用485通信设备且波特率为115200。                   
如果通信协议无误，请再检查硬件连接问题，由于快换控制正常，说明快换和电脑通信正常，那可能是快换公头与母头连接触点接触不良或母头与末端设备的连接有问题，请检查触点无污渍且能按下，外观正常、母头与末端设备的连接是否松动。 
最后如果上述问题均排查后还是不能运行，请查看末端设备的通信协议，尤其是帧头是否是0x53 0x26。如果快换接受到0x53 0x26开头的数据帧，会认为是其本身的控制指令而不会转发，而末端设备又是通过快换和电脑进行通信的，所以接受不到0x53 0x26开头的数据帧，也就收不到控制指令，不能正常运行。