ROS中階筆記（九）：Movelt！機械臂控制

ROS中階筆記（九）：Movelt！機械臂控制

目錄

• 1 Movelt！系統架構
  • 1.1 Movelt！是什麼
  • 1.2 系統架構
  • 1.3 Movelt！使用步驟
• 2 建立機械臂模型與配置文件
  • 2.1 建立機械臂模型
    • 2.1.1 建立模型
    • 2.1.2 模型可視化
  • 2.2 建立配置文件Movelt!Setup Assistant
  • 2.3 demo
• 3 Movelt！編程學習
  • 3.1 編程接口
  • 3.2 編程方法
• 4 Gazebo機械臂仿真
  • 4.1 關節軌跡控制器
  • 4.2 Movelt！控制器
  • 4.3 仿真環境
• 5 ROS-I框架介紹
• 六、參考資料

1 Movelt！系統架構

1.1 Movelt！是什麼

• 一個易於使用的集成化開發平臺
• 由一系列移動操做的功能包組成
  · 運動規劃
  · 操做控制
  · 3D感知
  · 運動學
  · 控制與導航算法
• 提供友好的GUI
• 可應用於工業、商業、研發和其餘領域
• ROS社區中使用度排名前三的功能包

1.2 系統架構

1.3 Movelt！使用步驟

• 組裝：建立機器人URDF模型
• 配置：使用Movelt！Setup Assistant工具生成配置文件
• 驅動：添加機器人控制器插件（controller）
• 控制：Movelt！控制機器人運動（算法仿真、物理仿真）

可參考《Mastering ROS for Robotics Programming》、《ros by example vol2》

2 建立機械臂模型與配置文件

2.1 建立機械臂模型

（~/catkin_ws/src/marm_description/urdf/arm.xacro，六軸機械臂的模型文件）

2.1.1 建立模型

（~/catkin_ws/src/marm_description/urdf/arm.xacro，六軸機械臂的模型文件，6個joint，7個link）

一、宏定義（材料定義、屬性定義、慣性矩陣定義）

二、link與joint

• link
  ·visual
  ·collision
  ·inertial

• joint

三、gazebo屬性（顏色設置、傳動接口、controller插件）

2.1.2 模型可視化

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

模型可視化

$ roslaunch marm_description view_arm.launch

2.2 建立配置文件Movelt!Setup Assistant

啓動Movelt!Setup Assistant以前，先啓動roscore；

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

• Start：加載模型文件
• Self-Collisions：採樣一系列的檢測點，檢測機械臂的各個關節在運動時候是否會發生碰撞（默認一萬採樣點）
• 只需點擊Generate Collision Matrix，自動完成數據採樣和計算。
• Virtual Joints：虛擬關節
• Planning Groups：運動規劃組（核心）
• Robot Poses：自定義姿態點位
• End Effectors：終端夾具配置
• Passive Joints：不須要考慮的主關節；
• Author Information：做者信息
• Configuration Files：生成配置文件

2.3 demo

roslaunch marm_moveit_config demo.launch               # 啓動demo

一、拖動規劃（鼠標拖動）

二、隨機目標點規劃（random valid）

三、設置初始位姿

四、加入場景物體（Import File——選擇文件——Open）

五、碰撞檢測

3 Movelt！編程學習

3.1 編程接口

3.2 編程方法

一、關節空間規劃歷程

roslaunch marm_moveit_config demo.launch
rosrun marm_planning moveit_fk_demo.py

二、工做空間規劃歷程

roslaunch marm_moveit_config demo.launch
rosrun marm_planning moveit_ik_demo.py

三、笛卡爾路徑規劃

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

四、避障規劃

roslaunch marm_moveit_config demo.launch 
rosrun marm_planning moveit_obstacles_demo.py

4 Gazebo機械臂仿真

4.1 關節軌跡控制器

Joint Trajectory Controller

• 線性樣條：位置連續，速度、加速度不連續。
• 三次樣條：位置和速度連續，加速度不連續。
• 五次樣條：位置、速度、加速度都連續。

針對gazebo的配置，編寫yaml配置文件，使用launch文件啓動控制器；

marm_gazebo/config/trajectory_control.yaml

marm_gazebo/launch/arm_trajectory_controller.launch

4.2 Movelt！控制器

針對Movelt配置

marm_moveit_config/config/controllers.yaml

marm_moveit_config/launch/arm_moveit_controller_manager.launch

4.3 仿真環境

一、仿真環境文件

marm_gazebo/launch/arm_world.launch

二、啓動仿真環境（啓動全部須要的launch文件）

$ roslaunch marm gazebo arm_bringup_moveit.launch   # 啓動仿真環境

經過Movelt！控制機械臂運動，gazebo仿真環境和rviz中的機器人狀態保持一致

5 ROS-I框架介紹

六、參考資料

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

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