ROS——机器人实例 （Universal Robots 5）

Universal Robots（优傲机器人）公司是一家引领协作机器人全新细分市场的先驱企业，该公司成立于2005年，关注机器人的用户可操作性和灵活度，总部位于丹麦的欧登塞市，主要的机器人产品有：UR3、UR5和UR10，分别针对不同的负载级别。

Universal Robots早在2009年便推出了第一款协作机器人——UR5，自重18公斤，负载高达5公斤，工作半径85cm，不仅颠覆了人们对于传统工业机器人的认识，还自此定义了“协作机器人”的真正意义。除了安全度高、无需安全围栏等特点外，协作机器人还应该具备编程简单和灵活度高等特点，才能实现真正的人机和谐共事。

2015年3月推出的UR3是现今市场上最灵活轻便、并且可与工人一起肩并肩工作的台式机器人。它自重仅为11公斤，但是有效负载却高达3公斤，所有腕关节均可360度旋转，而末端关节可作无限旋转。UR 10的有效负载为10公斤，工作半径130cm。三款机器人均以编程的简易性、高度灵活性以及与人一起工作的安全可靠性而享誉业内。

▼

ROS中同样集成了Universal Robots机器人的功能包，使用如下命令即可安装，其中包含UR3、UR5、UR10三款机器人的相关功能：

  
    
    
    
    

     
     
     
     

      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
$ sudo apt-get install ros-kinetic-universal-robot
      
      
      
      
     
     
     
     
    
    
    
    

▼

在使用之前，先来了解一下Universal Robots的相关功能包。

接下来我们以UR5为例，学习Universal Robots功能包的使用方法。

 

gazebo中的UR机器人

使用以下命令启动UR5机器人的gazebo仿真环境：

    
      
      
      
      

       
       
       
       

        
        
        
        

         
         
         
         

        
          
          
          
          

         
         
         
         
$ export LIBGL_ALWAYS_SOFTWARE=1
        
        
        
        
        
        
        
        

         
         
         
         

        
          
          
          
          

         
         
         
         
$ roslaunch ur_gazebo ur5.launch
        
        
        
        
       
       
       
       
      
      
      
      

启动成功后可以看到仿真环境中的UR5。

查看当前系统中的话题列表。

follow_joint_trajectory是MoveIt!最终规划发布的action消息，由机器人控制器端接收该消息后控制机器人完成运动。从上边的话题列表中，可以找到follow_joint_trajectory，由仿真机器人的控制器插件订阅。

打开启动的ur5.launch文件，可以看到以下代码段：

  
    
    
    
    

     
     
     
     

      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
   "$(find ur_gazebo)/controller/arm_controller_ur5.yaml" command="load"/>   
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
   "arm_controller_spawner" pkg="controller_manager" type="controller_manager" args="spawn arm_controller" respawn="false" output="screen"/>
      
      
      
      
     
     
     
     
    
    
    
    

控制器管理节点controller_manager启动了一个arm_controller插件，该插件的配置可以查看arm_controller_ur5.yaml文件：

  
    
    
    
    

     
     
     
     

      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
arm_controller:
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
 type:position_controllers/JointTrajectoryController
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
 joints:
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    -shoulder_pan_joint
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    -shoulder_lift_joint
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    -elbow_joint
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    -wrist_1_joint
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    -wrist_2_joint
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    - wrist_3_joint
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
constraints:
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    goal_time: 0.6
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    stopped_velocity_tolerance: 0.05
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    shoulder_pan_joint: {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    shoulder_lift_joint: {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    elbow_joint: {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    wrist_1_joint: {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    wrist_2_joint: {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
    wrist_3_joint: {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
stop_trajectory_duration: 0.5
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
state_publish_rate:  25
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
action_monitor_rate: 10
      
      
      
      
     
     
     
     
    
    
    
    

从上边的配置信息中可以看到，arm_controller是一个JointTrajectory类型的控制器，接收follow_joint_trajectory中的轨迹信息后，完成机器人的运动控制。

 

使用MoveIt!控制UR机器人

ROS中类似于UR5这样的机械臂控制当然离不开MoveIt!，接下来我们就使用MoveIt!实现对gazebo中UR5的控制。

UR5的控制需要通过follow_joint_trajectory这个action接口实现，这就需要在MoveIt!端配置一个控制器插件，实现该接口的功能。该插件的配置在ur5_moveit_config中已经实现，可以查看ur5_moveit_config功能包中的controllers.yaml文件：

  
    
    
    
    

     
     
     
     

      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
controller_list:
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
 - name:""
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
  action_ns: follow_joint_trajectory
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
   type:FollowJointTrajectory
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
   joints:
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
     -shoulder_pan_joint
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
     -shoulder_lift_joint
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
     -elbow_joint
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
     -wrist_1_joint
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
     -wrist_2_joint
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
     -wrist_3_joint
      
      
      
      
     
     
     
     
    
    
    
    

所以我们并不需要进行任何修改，使用如下命令启动MoveIt!和rviz，启动过程会包含所需要的控制器插件：

  
    
    
    
    

     
     
     
     

      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
$ roslaunch ur5_moveit_config ur5_moveit_planning_execution.launchsim:=true
      
      
      
      
      
      
      
      

       
       
       
       

      
        
        
        
        

       
       
       
       
$ roslaunch ur5_moveit_config moveit_rviz.launch config:=true
      
      
      
      
     
     
     
     
    
    
    
    

启动成功后可以看到如下界面。

目前，rviz和gazebo中的UR5应该保持同样的姿态。在rviz中使用MoveIt!插件选择一个运动目标姿态，然后点击“Plan”。如果可以实现运动规划，就会看到如下规划轨迹。

再点击“Execute”按钮，gazebo中的UR5会按照规划的轨迹开始运动，rviz中的UR5模型保持同样的运动姿态，如下图所示。