ROS中阶笔记（九）：Movelt！机械臂控制

ROS中阶笔记（九）：Movelt！机械臂控制

目录

• 1 Movelt！系统架构
  • 1.1 Movelt！是什么
  • 1.2 系统架构
  • 1.3 Movelt！使用步骤
• 2 创建机械臂模型与配置文件
  • 2.1 创建机械臂模型
    • 2.1.1 创建模型
    • 2.1.2 模型可视化
  • 2.2 创建配置文件Movelt!Setup Assistant
  • 2.3 demo
• 3 Movelt！编程学习
  • 3.1 编程接口
  • 3.2 编程方法
• 4 Gazebo机械臂仿真
  • 4.1 关节轨迹控制器
  • 4.2 Movelt！控制器
  • 4.3 仿真环境
• 5 ROS-I框架介绍
• 6、参考资料

1 Movelt！系统架构

1.1 Movelt！是什么

• 一个易于使用的集成化开发平台
• 由一系列移动操作的功能包组成
  · 运动规划
  · 操作控制
  · 3D感知
  · 运动学
  · 控制与导航算法
• 提供友好的GUI
• 可应用于工业、商业、研发和其他领域
• ROS社区中使用度排名前三的功能包

1.2 系统架构

1.3 Movelt！使用步骤

• 组装：创建机器人URDF模型
• 配置：使用Movelt！Setup Assistant工具生成配置文件
• 驱动：添加机器人控制器插件（controller）
• 控制：Movelt！控制机器人运动（算法仿真、物理仿真）

可参考《Mastering ROS for Robotics Programming》、《ros by example vol2》

2 创建机械臂模型与配置文件

2.1 创建机械臂模型

（~/catkin_ws/src/marm_description/urdf/arm.xacro，六轴机械臂的模型文件）

2.1.1 创建模型

（~/catkin_ws/src/marm_description/urdf/arm.xacro，六轴机械臂的模型文件，6个joint，7个link）

1、宏定义（材料定义、属性定义、惯性矩阵定义）

2、link与joint

• link
  ·visual
  ·collision
  ·inertial

• joint

3、gazebo属性（颜色设置、传动接口、controller插件）

2.1.2 模型可视化

（~/catkin_ws/src/marm_description/launch/view_arm.launch）

模型可视化

$ roslaunch marm_description view_arm.launch

2.2 创建配置文件Movelt!Setup Assistant

启动Movelt!Setup Assistant之前，先启动roscore；

$ roscore
$ rosrun moveit_setup_assistant moveit_setup_assistant   # 启动Movelt!Setup Assistant

• Start：加载模型文件
• Self-Collisions：采样一系列的检测点，检测机械臂的各个关节在运动时候是否会发生碰撞（默认一万采样点）
• 只需点击Generate Collision Matrix，自动完成数据采样和计算。
• Virtual Joints：虚拟关节
• Planning Groups：运动规划组（核心）
• Robot Poses：自定义姿态点位
• End Effectors：终端夹具配置
• Passive Joints：不需要考虑的主关节；
• Author Information：作者信息
• Configuration Files：生成配置文件

2.3 demo

roslaunch marm_moveit_config demo.launch               # 启动demo

1、拖动规划（鼠标拖动）

2、随机目标点规划（random valid）

3、设置初始位姿

4、加入场景物体（Import File——选择文件——Open）

5、碰撞检测

3 Movelt！编程学习

3.1 编程接口

3.2 编程方法

1、关节空间规划历程

roslaunch marm_moveit_config demo.launch
rosrun marm_planning moveit_fk_demo.py

2、工作空间规划历程

roslaunch marm_moveit_config demo.launch
rosrun marm_planning moveit_ik_demo.py

3、笛卡尔路径规划

roslaunch marm_moveit_config demo.launch
rosrun marm_planning moveit_cartesian_demo.py_cartesian:=True     （走直线）
rosrun marm_planning moveit_cartesian_demo.py_cartesian:=False     （走曲线）

4、避障规划

roslaunch marm_moveit_config demo.launch 
rosrun marm_planning moveit_obstacles_demo.py

4 Gazebo机械臂仿真

4.1 关节轨迹控制器

Joint Trajectory Controller

• 线性样条：位置连续，速度、加速度不连续。
• 三次样条：位置和速度连续，加速度不连续。
• 五次样条：位置、速度、加速度都连续。

针对gazebo的配置，编写yaml配置文件，使用launch文件启动控制器；

marm_gazebo/config/trajectory_control.yaml

marm_gazebo/launch/arm_trajectory_controller.launch

4.2 Movelt！控制器

针对Movelt配置

marm_moveit_config/config/controllers.yaml

marm_moveit_config/launch/arm_moveit_controller_manager.launch

4.3 仿真环境

1、仿真环境文件

marm_gazebo/launch/arm_world.launch

2、启动仿真环境（启动所有需要的launch文件）

$ roslaunch marm gazebo arm_bringup_moveit.launch   # 启动仿真环境

通过Movelt！控制机械臂运动，gazebo仿真环境和rviz中的机器人状态保持一致

5 ROS-I框架介绍

6、参考资料

《Mastering ROS for Robotics Programming》
《ros by example vol 2》