DM 夹爪 CAN 帧收发协议与常用帧表
适用对象：使用 OmniGripper（DM4310）的客户开发人员和技术支持工程师。 文档基线：
kernelmind-apex-tool 1.0.6.10h，2026-08-11 天准实机验证结果。 使用完整 Apex 系统时，应优先通过标准 ROS 2 接口控制夹爪，参见 ApexTool 使用与二次开发。
执行 cansend 前必须停止其他夹爪控制源、清空夹爪附近区域并确保可以立即断使能。设置零位、修改电机 ID、控制模式、量程、方向或 CAN 参数可能造成夹爪误动作或失联，不属于客户常规操作。
1. 协议范围
本文介绍当前 OmniGripper 使用的 DM4310 电机和 MIT 控制模式，包括：
- ApexTool 到物理夹爪的通信链路。
- SocketCAN 通道和 CAN ID。
- 使能、失能、复位和 MIT 控制帧。
- 反馈帧、状态码和 ROS 2 反馈 Topic。
- 抓帧、单侧通信检查和常见故障判断。
其他 DM 电机可能采用相同帧布局，但位置、速度和力矩量程不一定相同，不能直接套用本文换算结果。位置速度、纯速度、力位混合和参数读写不是当前 ApexTool C++ 夹爪节点的正式控制链路。
2. 当前控制链路
/control/gripperValueL/R
|
v
ApexTool DM 夹爪节点
|
| SocketCAN MIT 帧
v
vcan0 / vcan1
|
| Robot Node 末端透传
v
机械臂末端板
|
v
左/右 DM4310 夹爪电机
vcan0/vcan1 在 Linux 中表现为虚拟 CAN 接口，但在完整 Apex 系统中由 Robot Node 和末端板透传到物理夹爪。仅在普通电脑上创建同名 vCAN 接口不会连接物理电机。
3. 默认通道和 CAN ID
| 对象 | SocketCAN 接口 | Slave ID | Master ID | MIT 发送 CAN ID |
|---|---|---|---|---|
| 左夹爪 | vcan0 | 0x01 | 0x11 | 0x001 |
| 右夹爪 | vcan1 | 0x02 | 0x12 | 0x002 |
说明：
- 控制帧发送到电机 Slave ID。
- 反馈帧可能使用 Slave ID 或 Master ID；部分固件使用 CAN ID
0x000，并把电机 ID 放在数据首字节低 4 位。 - 当前 C++ 驱动接受左侧
0x01/0x11/0x00和右侧0x02/0x12/0x00。 - ID 和通道应以目标机实际配置为准，不能只按左右接线颜色判断。
4. Linux SocketCAN 帧格式
当前链路使用标准 11 bit CAN ID 和 8 字节数据帧。Linux struct can_frame 的布局为：
can_id: 4 bytes
can_dlc: 1 byte
padding: 3 bytes
data: 8 bytes
Python 打包格式：
frame = struct.pack("<IB3x8s", can_id, 8, payload)
左夹爪 MIT 帧示例：
SocketCAN：001#7FFF7FF0180627FF
Linux 16 字节内存：
01 00 00 00 08 00 00 00 7F FF 7F F0 18 06 27 FF
Linux 结构中的 can_id 采用小端存储；MIT 数据区按协议位布局排列，不能把数据区整体反转。
5. 启动、使能和复位
5.1 ApexTool 启动顺序
1. 打开 vcan0 和 vcan1 非阻塞 SocketCAN 套接字
2. 左夹爪发送使能帧
3. 等待 100 ms
4. 右夹爪发送使能帧
5. 等待 100 ms
6. 按 control_rate_hz 持续发送左右 MIT 控制帧
7. 轮询接收左右反馈帧
8. 按 feedback_rate_hz 发布 ROS 反馈 Topic
5.2 复位 Service
/control/reset_grippers 执行：
左失能 -> 右失能 -> 等待 100 ms
-> 左使能 -> 等待 100 ms -> 右使能
调用方式：
ros2 service call /control/reset_grippers std_srvs/srv/Trigger "{}"
5.3 退出行为
基线版本默认 disable_on_shutdown=false。节点正常退出时只关闭 SocketCAN，不保证主动发送失能帧。需要确认电机物理失能时，应按整机安全流程断使能，不能仅以“进程已停止”作为判断依据。
6. 特殊控制帧
特殊命令使用目标电机 Slave ID 作为 CAN ID，DLC 为 8。
| 功能 | 数据区 8 字节 | 说明 |
|---|---|---|
| 上使能 | FF FF FF FF FF FF FF FC | 电机进入使能状态 |
| 下使能 | FF FF FF FF FF FF FF FD | 电机退出使能状态 |
| 设置当前位置为零位 | FF FF FF FF FF FF FF FE | 改变位置基准，仅限经过确认的标定流程 |
| 功能 | 左夹爪 vcan0 | 右夹爪 vcan1 |
|---|---|---|
| 上使能 | 001#FFFFFFFFFFFFFFFC | 002#FFFFFFFFFFFFFFFC |
| 下使能 | 001#FFFFFFFFFFFFFFFD | 002#FFFFFFFFFFFFFFFD |
| 设置零位 | 001#FFFFFFFFFFFFFFFE | 002#FFFFFFFFFFFFFFFE |
FE 会改变位置基准。未确认夹爪机械位置、电机固件和恢复方法前，不得发送该命令。
7. MIT 控制帧
7.1 参数与量程
| 参数 | 含义 | 基线默认值 | DM4310 编码量程 | 位数 |
|---|---|---|---|---|
q | 目标位置 | 由上层指令映射 | -12.5 ~ 12.5 rad | 16 |
dq | 目标速度 | 0 rad/s | -30 ~ 30 rad/s | 12 |
Kp | 位置刚度 | 3.0 | 0 ~ 500 | 12 |
Kd | 速度阻尼 | 0.12 | 0 ~ 5 | 12 |
tau | 前馈力矩 | 0 Nm | -10 ~ 10 Nm | 12 |
这些数值用于解释基线版本产生的帧，不代表客户可自行调整的安全范围。Kp/Kd、前馈力矩和物理量程需要经过夹持力、温升、抖动和稳定性验证。
7.2 物理值与整数互转
编码：
raw = int((value - minimum) / (maximum - minimum) * (2^bits - 1))
解码：
value = raw / (2^bits - 1) * (maximum - minimum) + minimum
整数编码会产生量化误差。例如零速度和零力矩反解后可能约为 -0.007 rad/s 和 -0.0024 Nm，不一定表示电机持续运动或输出负力矩。
7.3 MIT 8 字节布局
| q 16 bit | dq 12 bit | Kp 12 bit | Kd 12 bit | tau 12 bit |
逐字节编码：
Byte0 = q_raw[15:8]
Byte1 = q_raw[7:0]
Byte2 = dq_raw[11:4]
Byte3 = dq_raw[3:0] << 4 | Kp_raw[11:8]
Byte4 = Kp_raw[7:0]
Byte5 = Kd_raw[11:4]
Byte6 = Kd_raw[3:0] << 4 | tau_raw[11:8]
Byte7 = tau_raw[7:0]
反向拆解：
q_raw = Byte0 << 8 | Byte1
dq_raw = Byte2 << 4 | Byte3 >> 4
Kp_raw = (Byte3 & 0x0F) << 8 | Byte4
Kd_raw = Byte5 << 4 | Byte6 >> 4
tau_raw = (Byte6 & 0x0F) << 8 | Byte7
8. 基线版本常用 MIT 帧
下表统一采用：
dq=0, Kp=3.0, Kd=0.12, tau=0
位置映射范围=0~1.6 rad
上层 gripperValue | 目标位置 q | MIT 数据区 |
|---|---|---|
0.00 | 0.00 rad | 7F FF 7F F0 18 06 27 FF |
0.25 | 0.40 rad | 84 18 7F F0 18 06 27 FF |
0.50 | 0.80 rad | 88 30 7F F0 18 06 27 FF |
0.75 | 1.20 rad | 8C 49 7F F0 18 06 27 FF |
0.90 | 1.44 rad | 8E BE 7F F0 18 06 27 FF |
1.00 | 1.60 rad | 90 61 7F F0 18 06 27 FF |
例如 gripperValue=0.5：
左：vcan0 001#88307FF0180627FF
右：vcan1 002#88307FF0180627FF
实际开合方向取决于机械安装和位置范围配置。目标位置不等于必然达到的位置；接触物体、机械限位、刚度和负载都会造成目标值与反馈值存在差异。
已确认帧值
以下帧来自已确认的 DM4310 数据，条件均为 dq=0、tau=0：
q | Kp | Kd | 数据区 |
|---|---|---|---|
0.0 | 1.0 | 0.10 | 7F FF 7F F0 08 05 17 FF |
0.0 | 3.0 | 0.12 | 7F FF 7F F0 18 06 27 FF |
0.5 | 1.0 | 0.10 | 85 1E 7F F0 08 05 17 FF |
0.5 | 3.0 | 0.12 | 85 1E 7F F0 18 06 27 FF |
1.0 | 1.0 | 0.10 | 8A 3C 7F F0 08 05 17 FF |
1.0 | 3.0 | 0.12 | 8A 3C 7F F0 18 06 27 FF |
1.5 | 1.0 | 0.10 | 8F 5B 7F F0 08 05 17 FF |
1.5 | 3.0 | 0.12 | 8F 5B 7F F0 18 06 27 FF |
9. 反馈帧解析
9.1 数据布局
Byte0[7:4] = 电机状态/故障码
Byte0[3:0] = 帧内嵌电机 ID
Byte1~2 = 位置 q，16 bit
Byte3 = 速度 dq[11:4]
Byte4[7:4] = 速度 dq[3:0]
Byte4[3:0] = 力矩 tau[11:8]
Byte5 = 力矩 tau[7:0]
Byte6 = MOS 温度，摄氏度整数
Byte7 = 电机线圈/转子温度，摄氏度整数
拆解和换算：
status = (Byte0 >> 4) & 0x0F
embedded_id = Byte0 & 0x0F
q_raw = Byte1 << 8 | Byte2
dq_raw = Byte3 << 4 | Byte4 >> 4
tau_raw = (Byte4 & 0x0F) << 8 | Byte5
q = uint_to_float(q_raw, -12.5, 12.5, 16)
dq = uint_to_float(dq_raw, -30.0, 30.0, 12)
tau = uint_to_float(tau_raw, -10.0, 10.0, 12)
9.2 ROS 2 反馈 Topic
| Topic | 数据 |
|---|---|
/info/gripper_feedback_L | [position, velocity, torque, mos_temperature, motor_temperature] |
/info/gripper_feedback_R | [position, velocity, torque, mos_temperature, motor_temperature] |
/info/gripper_feedback_L_err | [status/error_code] |
/info/gripper_feedback_R_err | [status/error_code] |
9.3 状态和故障码
| 高 4 位 | 含义 | 判断 |
|---|---|---|
0x0 | Off | 未使能/已失能 |
0x1 | On | 已使能，无故障 |
0x8 | 超压 | 异常 |
0x9 | 欠压 | 异常 |
0xA | 过电流 | 异常 |
0xB | MOS 过温 | 异常 |
0xC | 电机线圈过温 | 异常 |
0xD | 通讯丢失 | 异常 |
0xE | 过载 | 异常 |
error_code=1 表示 On，不是故障。遇到未定义值时，应保留原始帧并结合对应固件协议确认。
10. 未开放的扩展操作
原 Python 驱动还包含位置速度、纯速度、力位混合及 RID 参数读写。当前 ApexTool C++ 正式链路只使用 MIT 控制，且当前双 vCAN 路由不保证支持其他模式或 0x7FF 参数管理帧。
客户不得在生 产设备上自行执行以下操作：
- 切换
CTRL_MODE或使用旧固件偏移 ID。 - 写入或保存
ESC_ID、MST_ID、CAN 波特率、方向和量程。 - 未备份参数时写入 Flash。
- 把其他 DM 型号的量程或帧表用于 DM4310。
确需开发扩展模式时，应取得对应电机固件协议、完整参数备份和独立台架，并由技术支持确认通道路由和恢复方法。
11. 抓帧与单侧通信检查
11.1 查看接口
ip -details -statistics link show vcan0
ip -details -statistics link show vcan1
11.2 抓取原始帧
candump -L vcan0
candump -L vcan1
candump -L vcan0,vcan1
11.3 直接发帧
正式夹爪节点持续发送 MIT 帧。直接测试前必须停止 ApexTool，避免多个命令源同时控制：
sudo systemctl stop apex-tool.service
仅在完成安全检查后，按“使能 -> 单帧通信检查 -> 失能”执行单侧、小范围测试：
cansend vcan0 001#FFFFFFFFFFFFFFFC
cansend vcan0 001#88307FF0180627FF
cansend vcan0 001#FFFFFFFFFFFFFFFD
测试完成后恢复服务：
sudo systemctl start apex-tool.service
单发一帧只适合检查通信。正常刚度控制必须稳定周期发送，并处理反馈、超时和故障状态。
12. 常见现象
| 现象 | 优先检查 |
|---|---|
OSError: [Errno 19] No such device | vcan0/vcan1 是否存在，接口名是否正确 |
| vCAN 有发送但夹爪不动 | Robot Node 末端桥、末端板、供电、接线和 CAN ID |
| 能动但刚度异常 | 是否使能、Kp/Kd、命令是否持续发送、反馈状态是否为 1 |
| 左右夹爪互相干扰 | 是否共用错误接口/ID，是否存在多个发送进程或透传拥塞 |
error=1 | 正常已使能，不是故障 |
| 反馈一直为旧值 | 回帧 CAN ID、末端板透传和接收循环 |
| 温度持续升高 | 夹持堵转、负载、刚度和机械限位 |
| 目标与反馈不一致 | 接触负载、刚度、机械限位和量程映射 |
13. 安全要求
- 发送使能或 MIT 帧前，确认夹爪范围内无人、无工具和易损物。
- 调试从单侧、低刚度、小位置变化开始，再测试双侧。
- 不允许 ApexTool、客户程序和手工
cansend同时发送控制帧。 - MIT 命令帧和反馈帧的 8 字节定义不同，不得混用解析方式。
error=1表示已使能，应按状态码表判断故障。- 不得在未知位置发送设置零位
FE。 - 不得在没有参数备份时修改电机 ID、控制模式、波特率、方向或量程。
vcan没有物理波特率，不能根据 vCAN 配置推断末端总线速率。- 反馈中断时应停止增加目标位置或刚度，并先恢复通信。
14. 基线实现摘要
左 vcan0 / ID 1
右 vcan1 / ID 2
启动发送 FC 上使能
控制持续发送 MIT 8 字节帧
基线 Kp=3.0、Kd=0.12、dq=0、tau=0
反馈包含位置、速度、力矩、MOS 温度、电机温度和状态码
reset_grippers 执行 FD -> FC 复位流程
以上行为和帧表适用于本文档标注的版本基线。升级 ApexTool、电机固件或更换电机型号后，应重新核对通道、ID、量程、帧布局和安全参数。