ROS机器人开发实践（专题篇）—— MoveIt！

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ROS的功能是强大的，当然对机械臂也有相应的支持 —— MoveIt！
MoveIt官方网站

1. MoveIt简介

• 一个 集成化的 开发平台
• 由 一系列的功能包 组成
  • 运动规划
  • 控制与导航算法
  • 操作控制
  • …
• 提供窗口化操作

1. 用户接口（User Interface）
   1. C++：使用move_group_interface包提供的API
   2. Python：使用moveit_commander包提供的API
   3. GUI：使用MoveIt!的rviz插件
2. ROS参数服务器
   1. URDF：robot_description参数，获取机器人URDF模型的描述信息
   2. SRDF：robot_description_semantic参数，获取机器人模型的配置信息
   3. config：机器人的其他配置信息，例如关节限位、运动学插件、运动规划插件等
3. 机器人
   1. Topic和Action通信

2. MoveIt! Setup Assistant配置机械臂

安装MoveIt wiki官网

完成后执行如下指令：

$ roslaunch moveit_setup_assistant setup_assistant.launch

C800机械臂

首先进行C800机械臂的配置：

1. Start：点击Create New Moveit Configuration Package，浏览并选中机械臂的urdf文件，点击load加载你的机械臂。
   
2. Self Collisions：设置自碰撞检测，为减少之后的计算量，检查机械臂中不可能相互碰撞的link。
3. Virtual Joints：虚拟关节。给机械臂整体在外界设置一个参考系。如果机械臂含有底盘，就可以通过虚拟关节和外界参考系的相对运动，确定机械臂的状态。这里把世界坐标系和设置的虚拟关节建立了联系。由于机械臂是不可动的，使用所以设置了fixed（还有planar和floating两种选择）。
4. Planning Groups：规划组。Kinematic Solver是运动学正逆解，这里选择了kdl，Kin.Search Timeout是结算时间，如果超出这个时间就会报错，这取决于电脑的性能。OMPL(Open Motion Planning Library)运动规划算法，这里选择常用的RRTConnect。随后添加运动规划的关节，可以使用add joint添加，也可以使用添加Kinematic Chain，添加Base Link和Tip Link形成一个完整的运动学链。
   
5. Robot Poses：预定义机器人位姿。将0位置定义成home，类似于无人机返航一样，可以随时通过home返回0点，也可以设定其他若干个点。
   
6. End Effectors：定义一个终端，用做夹爪的控制。
7. Passive Joints：固定一个自由度。放入右边Passive Joint的关节将被锁定，不能运动。
8. ROS Control：作用是将MoveIt发出的数据封装好发布出去。点击Auto Add就可以自动加入一个Planning Group内的所有FollowjointTrajectory控制器。还需要点击add controller添加一个控制端用来接收MoveIt的信息并传给gazebo仿真器，使得机械臂运动。也是通过这个controller和真机传输信息的。
   
9. Simulation：生成或修改URDF使得可以在Gazebo内进行仿真，只需点击Generate。将自动产生的文件复制到传入的.urdf文件中，并将EffortJointInterface改成PositionJointInterface，因为前面我们使用的是路径规划，生成的是力驱。
   
10. 3D Perception：机械臂上的相机设置。
11. Autho Information：作者信息。
12. Configuration Files：产生一个配置包，命名最好为“机械臂名_moveit_config”。点击Generate。

含有相机和夹爪的机械臂

首先补充知识.urdf设定旋转轴时，TF坐标x轴（红）始终指向旋转轴方向。

这里呈现与上述步骤未包含的步骤：

1. 对于有夹爪的机械臂还需设置夹爪的Planning Group，因为夹爪和机械臂本体通常是两套控制器，这里只需把夹爪添加到Joints就可以了。
   
2. End Effectors：设置对夹爪的控制。
   
3. 需要设置机械臂和夹爪的控制器，在assitant内不能使用相同的controller名，但是如果命名不同，机械臂控制器信息的接受者arm_controller_gazebo便不能接受arm_controller发送的MoveIt信息，需要在后续进行更改。
   
4. 设置相机采集点云信息。/camera/depth/points是在urdf文件中事先设定好的目录。
   

3. MoveIt+Gazebo仿真配置

ros_control 可参考https://blog.csdn.net/weixin_41045354/article/details/104413355

MoveIt发送轨迹（Trajectory）信息（包括运动学 Kinematics、路径规划 Path Planning、碰撞检测 Collision Checking）；通过FollowJointTrajectory将信息封装成Action（ROS中的一种通信形式，即传输信息并能得到反馈）；然后插补，对轨迹上的轨迹点进行插补，比如1ms，运用Trajectory Interpolation插补算法；随后把信息发送给伺服，通过电频信号转换成电流、电压信号，使得电机进行旋转，并通过Joint State Controller反馈信息。

• 控制器管理器
  • 提供一种通用的接口来管理不同的控制器。controller manager包含了各种各样的控制器，典型的包括机械臂本身和夹爪。真实机械臂会通过编码器，进行位姿的反馈；joint_state实现了Gazebo中类似编码器的功能。
• 控制器
  • 读取硬件状态，发布控制命令，完成每个joint的控制。
• 硬件资源
  • 为上下两层提供硬件资源的接口。
• 机器人硬件抽象
  • 机器人硬件抽象和硬件资源直接打交道，通过write和read方法完成硬件操作。
• 真实机器人
  • 执行接收到的命令。

1. 修改刚才创建的c800_moveit_config/config/ros_controllers.yaml。controller_list下是在assistant中设置的机械臂的控制器，用来控制6个joint，需要把下面controller_gazebo（在assistant中设置的用来接收MoveIt封装信息的控制器名）改成arm_controller，两个名字需要相同，由于assistant内不能出现相同名称，需要自己在文件中修改。
   
2. 修改/launch/ros_controllers.launch。将controller_azebo（同样是assistant内设置的）改成刚才提到的arm_controller和joint_state_controller，joint_state_controller用来反馈位姿信息。