Franka Ros2 Build & Install

! franka_ros2在 Windows 上不受支持。

franka_ros2 正在快速开发中。预计会出现重大变化。在 GitHub上报告错误。

先决条件：

ROS 2 Humble 安装（ ros-humble-desktop）或带有 DevContainer 的 VSCode IDE。
PREEMPT_RT 内核（可选，但强烈推荐）。
对于cartesian_pose、joint_position和elbow_position命令接口来说，实时内核是绝对必要的。
系统范围的libfranka 安装。libfranka 的最低支持版本是 0.13.2。这是一个最小示例：

sudo apt install -y libpoco-dev libeigen3-dev
git clone https://github.com/frankaemika/libfranka.git --recursive
cd libfranka
git checkout 0.13.2
mkdir build && cd build
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DBUILD_TESTS=OFF  ..
cmake --build . -j$(nproc)
cpack -G DEB
sudo dpkg -i libfranka-*.deb

可选的 .bashrc 设置：

要获得彩色的警告和错误消息，您可以将它放入您的中。export RCUTILS_COLORIZED_OUTPUT=1.bashrc
如果您的系统语言未设置为美式英语，您应该输入以避免 RViz 中出现问题。export LC_NUMERIC=en_US.UTF-8.bashrc

设置

从源安装

安装要求：

sudo apt install -y \
ros-humble-ament-cmake \
ros-humble-ament-cmake-clang-format \
ros-humble-angles \
ros-humble-ros2-controllers \
ros-humble-ros2-control \
ros-humble-ros2-control-test-assets \
ros-humble-controller-manager \
ros-humble-control-msgs \
ros-humble-control-toolbox \
ros-humble-generate-parameter-library \
ros-humble-joint-state-publisher \
ros-humble-joint-state-publisher-gui \
ros-humble-moveit \
ros-humble-pinocchio \
ros-humble-realtime-tools \
ros-humble-xacro \
ros-humble-hardware-interface \
ros-humble-ros-gz \
python3-colcon-common-extensions

2. 创建 ROS 2 工作区：

    mkdir -p ~/franka_ros2_ws/src

3. 克隆 repo 并构建包：

source /opt/ros/humble/setup.bash
cd ~/franka_ros2_ws
git clone https://github.com/frankaemika/franka_ros2.git src/franka_ros2
git clone https://github.com/frankaemika/franka_description.git src/franka_description
colcon build --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
source install/setup.sh

使用 VSCode DevContainer

FrankaROS2 软件包带有 .devcontainer 文件夹，开发人员无需手动安装 ROS2 或 libfranka 即可使用 FrankaROS2 软件包。VSCode DevContainer 工作示意图如下图所示：

按照 VSCode devcontainer_setup的设置指南进行操作。
创建 ROS 2 工作区：

mkdir franka_ros2_ws
cd franka_ros2_ws

3. 克隆仓库：

git clone https://github.com/frankaemika/franka_ros2.git src/franka_ros2
git clone https://github.com/frankaemika/franka_description.git src/franka_description

4. 将 .devcontainer 文件夹移动到 franka_ros2_ws 父文件夹：

mv src/franka_ros2/.devcontainer .

5. 打开 VSCode：

code .

6.在 DevContainer 中打开当前文件夹：

ctrl + shift + p

在命令提示符栏中写入：

Dev Containers: Rebuild and Reopen in Container

并在搜索结果中点击此选项

7.在 VScode 中打开终端：

ctrl + `

8. 获取环境：

source /opt/ros/humble/setup.sh

9. 安装 Franka ROS 2 软件包：

colcon build --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
source install/setup.sh

移動

为了检查一切是否正常，你可以尝试在机器人上运行 MoveIt 示例：

ros2 launch franka_fr3_moveit_config moveit.launch.py robot_ip:=<fci-ip>

MotionPlanning然后在RViz中激活显示。

如果您没有机器人，您仍然可以通过在虚拟硬件上运行来测试您的设置：

ros2 launch franka_fr3_moveit_config moveit.launch.py robot_ip:=dont-care use_fake_hardware:=true

等到您可以在终端内看到 MoveIt 的绿色消息。然后关闭并重新打开。之后再打开。You can start planning now!PlanningSceneMotionPlanning

控制器示例

这个 repo 附带了位于包中的几个示例控制器franka_example_controllers。

默认情况下，以下启动文件与夹持器一起执行。如果您未连接夹持器，则可以使用禁用启动文件中的夹持器load_gripper:=false。

移至开始

该控制器将机器人移动到其原始配置。

ros2 launch franka_bringup move_to_start_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip>

重力补偿

这是我们拥有的最简单的控制器，也是编写自己的控制器的良好起点。它将零作为扭矩命令发送到所有关节，这意味着机器人仅补偿其自身重量。

ros2 launch franka_bringup gravity_compensation_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip>

关节阻抗示例

该示例以非常柔顺的周期性运动移动关节 4 和 5。您可以尝试在运行时移动关节。

ros2 launch franka_bringup joint_impedance_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip

带 IK 的关节阻抗示例

该示例使用 MoveIt 服务中的 LMA-Orocos 解算器来计算所需姿势的关节位置。所需姿势是周期性地沿 x 和 z 方向移动末端执行器。您可以在 franka_moveit_config 包 kinematics.yaml 文件中更改运动学解算器。

ros2 launch franka_bringup joint_impedance_with_ik_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip>

模型示例控制器

这是一个只读控制器，它打印相对于基准框架的科里奥利力矢量、重力矢量、Joint4 的姿势矩阵、Joint4 主体雅可比矩阵和末端执行器雅可比矩阵。

ros2 launch franka_bringup model_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip>

关节位置示例

此示例向机器人发送周期性位置命令。

位置轨迹需要从机器人的初始位置开始。

要读取机器人的起始位置，您可以在开始发送任何命令之前读取initial_joint_position . state 接口值。

if (initialization_flag_) {
  for (size_t i = 0; i < 7; ++i) {
    initial_q_.at(i) = state_interface[i].get_value();
  }
  initialization_flag_ = false;
}

ros2 launch franka_bringup joint_position_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip>

关节速度示例

此示例向机器人的第 4 和第 5 关节发送周期性速度命令。

ros2 launch franka_bringup joint_velocity_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip>

笛卡尔姿势示例

此示例使用 CartesianPose 接口向机器人发送周期性姿势命令。

ros2 launch franka_bringup cartesian_pose_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip>

笛卡尔方向示例

此示例使用 CartesianOrientation 接口发送围绕机器人末端执行器 X 轴的周期性方向命令。

ros2 launch franka_bringup cartesian_orientation_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip>

笛卡尔姿势肘部示例

此示例发送周期性的肘部命令，同时保持末端执行器的姿势恒定。

ros2 launch franka_bringup cartesian_elbow_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip>

笛卡尔速度示例

此示例使用 CartesianVelocity 接口向机器人发送周期性速度命令。

ros2 launch franka_bringup cartesian_velocity_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip>

笛卡尔肘部示例

此示例使用 CartesianElbow 接口向机器人发送周期性肘部命令，同时保持末端执行器速度恒定。

ros2 launch franka_bringup elbow_example_controller.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip>

软件包描述

本节包含每个包的更详细描述。一般来说，包结构尽量遵循此处提出的结构。

弗兰卡_bringup

该包包含示例的启动文件以及基本franka.launch.py启动文件，可用于在没有任何控制器的情况下启动机器人。

当您使用以下命令启动机器人时：

ros2 launch franka_bringup franka.launch.py arm_id:=fr3 robot_ip:=<fci-ip> use_rviz:=true

除了之外，没有其他控制器在运行joint_state_broadcaster。但是，仍然建立了与机器人的连接，并且当前机器人姿势在 RViz 中可视化。在此模式下，当用户按下停止按钮时，可以引导机器人。但是，一旦使用的控制器effort_command_interface启动，机器人将使用来自 libfranka 的扭矩接口。例如，可以 gravity_compensation_example_controller通过运行以下命令启动：

ros2 control load_controller --set-state active  gravity_compensation_example_controller

这相当于运行重力补偿gravity_compensation_example_controller.launch.py中提到的启动文件。

当控制器停止时：

ros2 control set_controller_state gravity_compensation_example_controller inactive

机器人将停止扭矩控制，并且仅通过 FCI 发送其当前状态。

您现在可以选择使用以下命令再次启动同一个控制器：

ros2 control set_controller_state gravity_compensation_example_controller active

或者加载并启动另一个：

ros2 control load_controller --set-state active joint_impedance_example_controller

franka_description

从 0.1.14 版本开始，franka_description 包不再在 franka_ros2 存储库中提供。它可在单独的存储库Franka Description中找到。

此包包含用于可视化机器人的 xacro 文件和网格。此外，它还包含一个启动文件，该文件可在无需访问真实机器人的情况下可视化机器人模型：

ros2 launch franka_description visualize_franka.launch.py load_gripper:=<true|false>

franka_example_controllers

此包包含一些控制器，可作为如何在 ROS 2 中编写控制器的示例。目前，控制器只能访问测量的关节位置和关节速度。基于此信息，控制器可以发送扭矩命令。目前无法使用其他接口，如关节位置接口。

弗兰卡夹子

此软件包包含用于franka_gripper_node与交互的。

提供franka_gripper_node以下操作：

homing- 将夹持器归位，并根据安装的手指更新最大宽度。
move- 以定义的速度移动到目标宽度。
grasp- 尝试以所需的力度抓取所需的宽度，同时以给定的速度闭合。如果d夹爪之间的距离为width - epsilon.inner < d < width + epsilon.outer
gripper_action- MoveIt 的特殊抓握动作。

此外，还有一项stop服务可以中止夹持器动作并停止抓取。

使用以下启动文件来启动夹钳：

ros2 launch franka_gripper gripper.launch.py robot_ip:=<fci-ip>

您现在可以在不同的选项卡中执行归位并发送抓取命令：

ros2 action send_goal /fr3_gripper/homing franka_msgs/action/Homing {}
ros2 action send_goal -f /fr3_gripper/grasp franka_msgs/action/Grasp "{width: 0.00, speed: 0.03, force: 50}"

内部和外部 epsilon 默认为 0.005 米。您也可以明确设置 epsilon：

ros2 action send_goal -f /fr3_gripper/grasp franka_msgs/action/Grasp "{width: 0.00, speed: 0.03, force: 50, epsilon: {inner: 0.01, outer: 0.01}}"

要停止抓取，您可以使用stop服务：

ros2 service call /fr3_gripper/stop std_srvs/srv/Trigger {}

弗兰卡_硬件

自 0.1.14 版本起的重大变化：franka_hardwarerobot_state 和 robot_model 将以为前缀arm_id。

panda/robot_model -> ${arm_id}/robot_model

panda/robot_state -> ${arm_id}/robot_state

状态和命令接口的命名没有变化。它们以 URDF 中的关节名称作为前缀。

此软件包包含ros2_controlfranka_hardware所需的插件。该插件从机器人的 URDF 加载并通过机器人描述传递给控制器管理器。它为每个关节提供：

包含测量的关节位置。position state interface
包含测量的关节速度。velocity state interface
包含测量的链接侧关节扭矩。effort state interface
包含机器人初始关节位置的。initial_position state interface
包含无重力情况下所需的关节扭矩。effort command interface
包含所需关节位置的。position command interface
包含所需关节速度的。velocity command interface

此外

包含franka_robot_state机器人状态信息franka_robot_state。
包含franka_robot_model_interface指向模型对象的指针。

重要的

franka_robot_state和franka_robot_model_interface状态接口不应直接从硬件状态接口使用。相反，它们应该由franka_semantic_components接口使用。

机器人的 IP 是通过 URDF 中的参数读取的。

franka_语义组件

该包包含franka_robot_model、franka_robot_state和cartesian命令类。这些类用于转换franka_robot_model对象和franka_robot_state对象，它们以双指针形式存储在hardware_state_interface中。

有关如何使用这些类的更多参考： Franka Robot State Broadcaster 和 Franka Example Controllers(model_example_controller)

笛卡尔位姿界面：

此接口用于使用借出的命令接口向机器人发送笛卡尔姿势命令。FrankaSemanticComponentInterface 类负责处理借出的命令接口和状态接口。在启动笛卡尔姿势接口时，用户需要向构造函数传递一个布尔标志，以指示该接口是否用于肘部。

auto is_elbow_active = false;
CartesianPoseInterface cartesian_pose_interface(is_elbow_active);

该接口允许用户读取franka硬件接口设置的当前姿势命令接口值。

std::array<double, 16> pose;
pose = cartesian_pose_interface.getInitialPoseMatrix();

人们还可以读取特征格式的四元数和平移值。

Eigen::Quaterniond quaternion;
Eigen::Vector3d translation;
std::tie(quaternion, translation) = cartesian_pose_interface.getInitialOrientationAndTranslation();

设置好笛卡尔接口后，您需要在控制器中执行assign_loaned_command_interfaces并assign_loaned_state_interfaces。这需要在控制器的 on_activate() 函数中完成。示例可以在分配借出的命令接口示例中找到

cartesian_pose_interface.assign_loaned_command_interfaces(command_interfaces_);
cartesian_pose_interface.assign_loaned_state_interfaces(state_interfaces_);

在控制器的更新功能中，您可以向机器人发送姿势命令。

std::array<double, 16> pose;
pose = {1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0, 0.5, 0, 0.5, 1};
cartesian_pose_interface.setCommanded(pose);

或者您可以以 Eigen 格式发送四元数、平移值。

Eigen::Quaterniond quaternion(1, 0, 0, 0);
Eigen::Vector3d translation(0.5, 0, 0.5);
cartesian_pose_interface.setCommand(quaternion, translation);

笛卡尔速度接口：

此接口用于使用借出的命令接口向机器人发送笛卡尔速度命令。FrankaSemanticComponentInterface 类负责处理借出的命令接口和状态接口。

auto is_elbow_active = false;
CartesianVelocityInterface cartesian_velocity_interface(is_elbow_active);

要将速度命令发送给机器人，您需要在自定义控制器中分配_loaned_command_interface。

cartesian_velocity_interface.assign_loaned_command_interface(command_interfaces_);

在控制器的更新功能中，您可以向机器人发送笛卡尔速度命令。

std::array<double, 6> cartesian_velocity;
cartesian_velocity = {0, 0, 0, 0, 0, 0.1};
cartesian_velocity_interface.setCommand(cartesian_velocity);

franka_robot_state_broadcaster

此包包含只读的 franka_robot_state_broadcaster 控制器。它将 franka_robot_state 主题发布到名为/franka_robot_state_broadcaster/robot_state 的主题。此控制器节点由 franka_bringup 中的 franka_launch.py 生成。因此，所有包含 franka_launch.py 的示例都会发布 robot_state 主题。

弗兰卡MoveIt配置

此包包含 MoveIt2 的配置。有一个名为的新移动组 panda_manipulator，其尖端位于夹持器手指之间，其 Z 轴旋转 -45 度，因此 X 轴现在朝前，使其更易于使用。移动组panda_arm仍然可用，以实现向后兼容。新应用程序应改用新的panda_manipulator移动组。

新旧移动组的可视化

弗兰卡消息

该包包含不同夹持器动作和机器人状态消息的定义。

联合作用力轨迹控制器

此包包含一个经过修改的 joint_trajectory_controller，可以使用的努力接口 franka_hardware::FrankaHardwareInterface。它基于此 Pull 请求。

笔记

由于修复程序已在 ros2_controllers主分支中可用，因此此软件包将很快被删除。一旦将其反向移植到 Humble，它将从 franka_ros2 存储库中删除。

弗兰卡凉亭

重要的

franka_description最低版本要求为 0.3.0。你可以从https://github.com/frankaemika/franka_description克隆 franka_description 包。

将 Franka ROS 2 与 Gazebo 模拟器集成的项目。

启动 RVIZ + Gazebo

启动一个生成 RVIZ 和 Gazebo 来显示机器人的示例：

ros2 launch franka_gazebo_bringup visualize_franka_robot.launch.py

如果要显示另一个机器人，可以定义arm_id：

ros2 launch franka_gazebo_bringup visualize_franka_robot.launch.py arm_id:=fp3

如果您想启动包括 franka_hand 的模拟：

ros2 launch franka_gazebo_bringup visualize_franka_robot.launch.py load_gripper:=true franka_hand:='franka_hand'

使用 Gazebo 的关节速度控制示例

开始之前，请确保构建了franka_example_controllers和franka_description包。franka_description 的最低版本必须是 0.3.0。

colcon build --packages-select franka_example_controllers

现在您可以使用 Gazebo 模拟器启动速度示例。

ros2 launch franka_gazebo_bringup gazebo_joint_velocity_controller_example.launch.py load_gripper:=true franka_hand:='franka_hand'

请记住，夹持器关节与关节速度控制器存在错误。如果您有兴趣控制夹持器，请使用关节位置界面。

使用 Gazebo 的关节位置控制示例

要运行关节位置控制示例，您需要在关节速度控制部分列出所需的软件。

然后您可以使用以下命令运行。

ros2 launch franka_gazebo_bringup gazebo_joint_position_controller_example.launch.py load_gripper:=true franka_hand:='franka_hand'

Gazebo 的联合阻抗控制示例

对于运行扭矩示例。您必须编译位于franka_gazebo下的franka_ign_ros2_control包。您可以使用以下命令编译franka_ign_ros2_control 。

colcon build --packages-select franka_ign_ros2_control

然后获取您的工作区。

source install/setup.sh

然后您可以运行阻抗控制示例。

ros2 launch franka_gazebo_bringup gazebo_joint_impedance_controller_example.launch.py load_gripper:=true franka_hand:='franka_hand'

故障排除

如果您遇到 Gazebo 找不到您的模型文件的情况，请尝试包含工作区。例如

export GZ_SIM_RESOURCE_PATH=${GZ_SIM_RESOURCE_PATH}:/workspaces/src/

posted @ 2024-07-08 22:34 lvdongjie-avatarx 阅读(147) 评论(0) 编辑收藏举报

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此博客专攻人工智能。

Franka Ros2 Build & Install

先决条件：

可选的 .bashrc 设置：

设置

从源安装

使用 VSCode DevContainer

移動

控制器示例

移至开始

重力补偿

关节阻抗示例

带 IK 的关节阻抗示例

模型示例控制器

关节位置示例

关节速度示例

笛卡尔姿势示例

笛卡尔方向示例

笛卡尔姿势肘部示例

笛卡尔速度示例

笛卡尔肘部示例

软件包描述

弗兰卡_bringup

franka_description

franka_example_controllers

弗兰卡夹子

弗兰卡_硬件

franka_语义组件

franka_robot_state_broadcaster

弗兰卡MoveIt配置

弗兰卡消息

联合作用力轨迹控制器

弗兰卡凉亭

启动 RVIZ + Gazebo

使用 Gazebo 的关节速度控制示例

使用 Gazebo 的关节位置控制示例

Gazebo 的联合阻抗控制示例

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