Stark3 (Revo 3) 通信协议

1. 文档说明

1.1 文档目的

本文档用于指导用户通过 RS485 或 CAN FD 接口与 Stark3 (Revo 3) 灵巧手进行通信，实现设备配置、运动控制、状态获取及触觉数据读取等功能。

1.2 支持通信接口

RS485
CAN FD

2. Modbus RTU 通信协议

Stark3 灵巧手的 RS485 通信采用标准的 Modbus RTU 协议格式。

2.1 数据帧格式

Header / Device ID	Function Code	Data	CRC16
1 Byte	1 Byte	N Bytes	2 Bytes

2.2 字段说明

字段	说明
Header/Device ID	从机设备地址（ID）
Function Code	Modbus 功能码（如 `03H`：读保持寄存器；`04H`：读输入寄存器；`06H`：写单个保持寄存器；`10H`：写多个保持寄存器）
Data	数据区，具体取决于功能码和寄存器地址
CRC16	CRC-16 (Modbus) 校验和，低字节在前，高字节在后

3. CAN FD 封装格式

当使用 CAN FD 接口时，底层仍采用 Modbus 协议的数据，并封装在 CAN FD 扩展帧（29-bit 标识符）中传输。

3.1 CAN FD ID 格式

CAN FD 29-bit ID 按如下位域分配：

Bit 位	内容	说明
28 ~ 24	保留位	固定为 `0`
23 ~ 16	Device ID	从机设备 ID
15 ~ 8	Master ID	主机 ID（由主机自行定义）
7 ~ 0	Payload Length	实际发送的有效数据长度（Byte）

Device ID 默认值

设备类型	默认 Device ID (十进制)	默认 Device ID (十六进制)
左手	126	`0x7E`
右手	127	`0x7F`

3.2 帧格式定义

主机发送帧

CAN FD ID（29-bit）	数据段（Payload, ≤ 64 Bytes）
Device ID + Master ID + Payload Length	完整的 Modbus RTU 数据帧（包含校验等内容）

设备回复帧

CAN FD ID（29-bit）	数据段（Payload, ≤ 64 Bytes）
Device ID + Master ID + Payload Length	完整的 Modbus RTU 响应数据帧

4. 寄存器规划

Stark3 的寄存器按功能划分为以下区间：

地址范围	寄存器类型	功能类别
0 ~ 199	Holding Register	系统配置
200 ~ 399	Holding Register	电机参数
1000 ~ 1599	Holding Register	控制指令
1800 ~ 1999	Input Register	系统状态
2030 ~ 2999	Input Register	电机反馈
3000 ~ 3999	Input Register	设备信息
4000 ~ 5000	Input Register	触觉数据

5. 系统配置寄存器

系统配置相关寄存器（地址范围 0~199）支持读写属性配置。

地址	名称	属性	说明
60 ~ 80	电机零点偏置	RW	单位：0.01°（实际值 × 100 传输）。共 21 个关节。
101	左右手标识	RO	`1` = 右手，`2` = 左手
102	手指恢复默认	WO	写入特定值恢复手指默认参数
105	蜂鸣器开关	RW	`0` = 关闭，`1` = 开启
106	振动马达开关	RW	`0` = 关闭，`1` = 开启
107	触屏功能开关	RW	`0` = 关闭，`1` = 开启
108	设备 ID	RW	默认左手 126，右手 127
109	RS485 波特率	RW	参见 5.1 RS485 波特率配置
110	CAN FD 波特率	RW	参见 5.2 CAN FD 波特率配置
112	开机自动校准	RW	`0` = 关闭，`1` = 开启
118	示教模式	RW	写入 `1` 进入，写入 `0` 退出
119	软件急停	RW	写入 `1` 急停，写入 `0` 恢复
131	电机错误自动清除	RW	`0` = 关闭（默认），`1` = 开启

5.1 RS485 波特率配置

寄存器值	波特率
0	1 Mbps
1	2 Mbps
2	3 Mbps
3	5 Mbps

5.2 CAN FD 波特率配置

寄存器值	波特率
0	1 Mbps
1	2 Mbps
2	4 Mbps
3	5 Mbps

6. 电机参数

电机相关参数的数据单位规范如下：

位置单位：度（°）
速度单位：转每分（rpm）
电流单位：毫安（mA）

💡 数值传输缩放说明

为了保证传输精度，位置和速度数值均采用 实际值 × 100 的整数形式进行传输。

角度示例：目标位置为 90.00° → 寄存器传输数值为 9000。
速度示例：目标速度为 50.00 rpm → 寄存器传输数值为 5000。
电流示例：保护电流直接使用物理值（mA），不进行放大。

6.1 全局保护电流

地址	内容	属性	说明
200	所有关节保护电流（mA）	WO	一键配置所有 21 个关节的保护电流阈值

6.2 单关节保护电流

地址	内容	属性	说明
201 ~ 221	单关节保护电流（mA）	RW	对应关节 0 至 20 的最大允许电流阈值

6.3 关节运动限制

地址	内容	属性	说明
240 ~ 260	关节最小位置限制（° × 100）	RW	对应关节 0 至 20 的物理最小位置
270 ~ 290	关节最大位置限制（° × 100）	RW	对应关节 0 至 20 的物理最大位置
300 ~ 320	关节最小速度限制（rpm × 100）	RW	对应关节 0 至 20 的最小速度阈值
321 ~ 341	关节最大速度限制（rpm × 100）	RW	对应关节 0 至 20 的最大速度阈值

7. 控制指令

Stark3 灵巧手支持 MIT 阻抗控制模式。

7.1 MIT 控制公式

τ = K_{p} \times (P o s R e f - P o s) + K_{d} \times (V e l R e f - V e l) + τ_{f f}

数据缩放格式

$K_{p}$ , $K_{d}$ , Position, Velocity 均采用 实际值 × 100 传输。
Current ( $τ_{f f}$ ) 采用实际物理值（mA）直接传输，不进行放大。

控制参量传输示例：

$K_{p}$ 期望值 = 15.00 $\to$ 传输值 = 1500
$K_{d}$ 期望值 = 0.50 $\to$ 传输值 = 50
Position 期望值 = 90.00° $\to$ 传输值 = 9000
Velocity 期望值 = 50.00 rpm $\to$ 传输值 = 5000
Current ( $τ_{f f}$ ) 期望值 = 1000 mA $\to$ 传输值 = 1000

7.2 单关节 MIT 控制

可以通过写入特定的寄存器独立控制某个关节的 MIT 参数：

地址	参数名称	说明
1050	关节 ID	目标控制关节的编号 (0 ~ 20)
1051	$K_{p}$	比例刚度系数（实际值 × 100）
1052	$K_{d}$	微分阻尼系数（实际值 × 100）
1053	Position	期望位置（° × 100）
1054	Velocity	期望速度（rpm × 100）
1055	Current ( $τ_{f f}$ )	前馈电流（mA）

7.3 多关节 MIT 控制

可以通过连续的寄存器区域一次性下发多个或全部关节的 MIT 控制参数：

地址范围	对应关节	参数内容	说明
1100 ~ 1104	关节 0	`[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]`	包含 5 个连续寄存器
1105 ~ 1109	关节 1	`[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]`	包含 5 个连续寄存器
...	...	...	...
1195 ~ 1199	关节 19	`[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]`	包含 5 个连续寄存器
1200 ~ 1204	关节 20	`[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]`	包含 5 个连续寄存器

7.4 多关节单参数控制

如果只想批量修改所有关节的某一个特定 MIT 参数，可以使用以下连续的寄存器列表：

地址范围	参数类别	内容说明
1300 ~ 1320	$K_{p}$ 列表	21 个手指关节的比例系数 $K_{p}$
1321 ~ 1341	$K_{d}$ 列表	21 个手指关节的阻尼系数 $K_{d}$
1342 ~ 1362	POS 列表	21 个手指关节的期望位置 $P o s$
1363 ~ 1383	Vel 列表	21 个手指关节的期望速度 $V e l$
1384 ~ 1404	$τ_{f f}$ 列表	21 个手指关节的前馈电流值

7.5 四指 MIT 控制

用于独立且高效地更新食指、中指、无名指或小指的控制参数：

地址	参数名称	说明与取值内容
1520	手指索引	`1` = 食指，`2` = 中指，`3` = 无名指，`4` = 小指
1521 ~ 1540	参数列表	共 20 个寄存器，包含四个关节的参数： 1. 侧摆 MCP `[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]` (5 寄存器) 2. MCP屈伸 `[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]` (5 寄存器) 3. PIP屈伸 `[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]` (5 寄存器) 4. DIP屈伸 `[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]` (5 寄存器)

7.6 拇指 MIT 控制

用于控制拥有 5 个自由度（5 DOF）的拇指结构：

地址范围	参数内容	说明
1550 ~ 1574	参数列表 (5 DOF)	共 25 个寄存器，顺序为： 1. CMC 屈伸 `[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]` (5 寄存器) 2. CMC 外展 `[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]` (5 寄存器) 3. MCP 屈伸 `[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]` (5 寄存器) 4. IP 屈伸 `[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]` (5 寄存器) 5. DIP 屈伸 `[Kp, Kd, Pos, Vel, τ_ff]` (5 寄存器)

8. 系统状态

系统状态相关寄存器（地址范围 1800~1999，只读输入寄存器）。

地址	内容	单位	说明
1800	系统状态码	—	参见下方 8.1 系统状态码说明
1801	整机电流	mA	灵巧手当前的整机输入总电流
1802	整机电压	V	灵巧手当前的供电电压
1803	整机功率	W	灵巧手当前的整机消耗功率
1804	系统温度	℃	灵巧手主控板的温度

8.1 系统状态码说明

系统状态码寄存器（1800）通过高低字节组合表示状态：

高 8 位 (High Byte): 核心故障标志
- 0 = 正常
- 1 = 故障
低 8 位 (Low Byte): 详细异常类别
- 0 = 正常
- 1 = 通信异常
- 2 = 未校准
- 3 = 温度异常

9. 电机反馈

通过读取输入寄存器（2030~2999）来实时监测 21 个电机关节的状态。

地址范围	内容	单位	说明
2030 ~ 2050	电机实际速度	rpm × 100	对应电机 0 ~ 20 的当前转速
2060 ~ 2080	电机实际位置	° × 100	对应电机 0 ~ 20 的当前角度位置
2090 ~ 2110	电机实际电流	mA	对应电机 0 ~ 20 的当前驱动电流大小
2120 ~ 2140	电机状态码	Bit 定义	参见下方 9.1 电机状态码定义
2150 ~ 2170	电机当前温度	℃	对应电机 0 ~ 20 内部或驱动芯片的温度

9.1 电机状态码定义

状态码寄存器（2120~2140）采用按位（Bit）指示故障：

Bit 位	描述
0	过流 (Over-current)
1	过压 (Over-voltage)
2	欠压 (Under-voltage)
3	过温 (Over-temperature)
4	电流突增 (Current Spike)
5	校准失败 (Calibration Failed)
8	电机堵转 (Stall)
9	校准状态中 (Calibrating)
11	电机运行中 (Running)

10. 设备信息

设备基本信息（地址范围 3000~3999）均只读。

地址范围	内容名称	数据属性
3030 ~ 3039	固件版本	RO，大端 ASCII 字符串
3040 ~ 3049	硬件版本	RO，大端 ASCII 字符串
3050 ~ 3059	整机 SN	RO，大端 ASCII 字符串
3060 ~ 3269	电机 SN	RO，大端 ASCII 字符串，共 21 个电机（每个占用 10 个寄存器）
3300 ~ 3320	电机固件版本	RO，二进制版本信息

10.1 编码格式说明

固件版本、硬件版本及整机/电机 SN 码

这些信息均采用 ASCII 字符串编码 存储。在寄存器中按 Big-Endian（大端）字节序 存储，其中每个 uint16_t 寄存器包含 2 个字符：

高字节（High Byte）：存储前一个字符；
低字节（Low Byte）：存储后一个字符。

每个字段占用 10 个寄存器，最大支持 20 个字符。

解析示例：

寄存器内容（大端 uint16_t 数组）	十六进制字节序列	解析后的 ASCII 字符串
`0x534E`, `0x3132`, `0x3334`, `0x3536`, `0x3738`, `0x3930`, `0x3132`, `0x3334`, `0x3500`	`53 4E 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 34 35 00`	`"SN123456789012345"`

电机固件版本号

电机固件版本号为 uint16_t 类型，拆分为高低字节：

高字节 (High Byte): 主版本号 (Major)
低字节 (Low Byte): 子版本号 (Minor)

解析格式： Version = V[Major].[Minor]

例如：寄存器读出值为 0x0105，表示版本号为 V1.5。

11. 电阻式触觉模块

Stark3 支持 触觉压力阵列模块，包含手掌触觉和五指触觉传感器。

11.1 触觉模块参数总览

模块种类	传感器压力点数	标定合力数
手掌	36	1
拇指尖	31	3
拇指指腹	57	6
四指指尖（食指、中指、无名指、小指）	每个指尖 21	每个指尖 3
四指指腹（食指、中指、无名指、小指）	每个指腹 52	每个指腹 5

11.2 触觉控制寄存器

地址	功能描述
4000 ~ 4010	触觉模块使能（对应模块编号 0 ~ 10）
4011	所有模块压力清零 (WO)
4012 ~ 4022	指定模块清零 (WO, 对应模块编号 0 ~ 10)
4023	触觉数据类型 (`0` = 点阵原始压力值，`1` = 标定压力值)

11.3 触觉标定合力数据

💡 合力计算说明

合力 = 该触觉模块内所有区域对应的标定压力值之和。

手掌与拇指标定合力

地址	内容名称	说明
4100	手掌合力	手掌区域
4101 ~ 4103	拇指尖合力 1 ~ 3	拇指尖部的 3 个分区合力
4104 ~ 4109	拇指指腹合力 1 ~ 6	拇指指腹的 6 个分区合力

食指标定合力

地址	内容名称	说明
4110 ~ 4112	食指尖合力 1 ~ 3	食指尖分区合力
4113 ~ 4117	食指指腹合力 1 ~ 5	食指指腹分区合力

中指标定合力

地址	内容名称	说明
4118 ~ 4120	中指尖合力 1 ~ 3	中指尖分区合力
4121 ~ 4125	中指指腹合力 1 ~ 5	中指指腹分区合力

无名指标定合力

地址	内容名称	说明
4126 ~ 4128	无名指尖合力 1 ~ 3	无名指尖分区合力
4129 ~ 4133	无名指指腹合力 1 ~ 5	无名指指腹分区合力

小指标定合力

地址	内容名称	说明
4134 ~ 4136	小指尖合力 1 ~ 3	小指尖分区合力
4137 ~ 4141	小指指腹合力 1 ~ 5	小指指腹分区合力

11.4 触觉阵列点阵数据

实时读取对应地址以获取触觉压力值阵列数据：

模块类别	地址范围	点数说明
手掌	4200 ~ 4235	36 点
拇指尖	4250 ~ 4280	31 点
拇指指腹	4290 ~ 4346	57 点
食指尖	4350 ~ 4370	21 点
食指指腹	4400 ~ 4451	52 点
中指尖	4460 ~ 4480	21 点
中指指腹	4500 ~ 4551	52 点
无名指尖	4560 ~ 4580	21 点
无名指指腹	4600 ~ 4651	52 点
小指尖	4660 ~ 4680	21 点
小指指腹	4700 ~ 4751	52 点

11.5 触觉模块编号定义

模块编号	模块名称
0	手掌触觉
1	拇指尖
2	拇指指腹
3	食指尖
4	食指指腹
5	中指尖
6	中指指腹
7	无名指尖
8	无名指指腹
9	小指尖
10	小指指腹

12. 关节 ID 定义

Stark3 灵巧手共包含 21 个活动关节。关于具体物理关节对应的 ID，请参考下图定义：

Stark3 (Revo 3) 智能灵巧手 21 个全主动独立电机关节的 ID 分布示意图

Stark3 (Revo 3) 通信协议 ​

1. 文档说明 ​

1.1 文档目的 ​

1.2 支持通信接口 ​

2. Modbus RTU 通信协议 ​

2.1 数据帧格式 ​

2.2 字段说明 ​

3. CAN FD 封装格式 ​

3.1 CAN FD ID 格式 ​

Device ID 默认值 ​

3.2 帧格式定义 ​

主机发送帧 ​

设备回复帧 ​

4. 寄存器规划 ​

5. 系统配置寄存器 ​

5.1 RS485 波特率配置 ​

5.2 CAN FD 波特率配置 ​

6. 电机参数 ​

6.1 全局保护电流 ​

6.2 单关节保护电流 ​

6.3 关节运动限制 ​

7. 控制指令 ​

7.1 MIT 控制公式 ​

数据缩放格式 ​

7.2 单关节 MIT 控制 ​

7.3 多关节 MIT 控制 ​

7.4 多关节单参数控制 ​

7.5 四指 MIT 控制 ​

7.6 拇指 MIT 控制 ​

8. 系统状态 ​

8.1 系统状态码说明 ​

9. 电机反馈 ​

9.1 电机状态码定义 ​

10. 设备信息 ​

10.1 编码格式说明 ​

固件版本、硬件版本及整机/电机 SN 码 ​

电机固件版本号 ​

11. 电阻式触觉模块 ​

11.1 触觉模块参数总览 ​

11.2 触觉控制寄存器 ​

11.3 触觉标定合力数据 ​

手掌与拇指标定合力 ​

食指标定合力 ​

中指标定合力 ​

无名指标定合力 ​

小指标定合力 ​

11.4 触觉阵列点阵数据 ​

11.5 触觉模块编号定义 ​

12. 关节 ID 定义 ​