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ROS機械臂 Movelt 學習筆記1 | 基礎準備

2022-07-21 18:03:38

環境：Ubuntu18.04 + ROS Melodic

1. 安裝ROS

官網下載安裝步驟：http://wiki.ros.org/melodic/Installation/Ubuntu

一鍵安裝的快捷方式：

wget http://fishros.com/install -O fishros && bash fishros

保證自己的ROS可以使用。可以按照官網進行小烏龜測試。

2. 安裝 movelt

Movelt 並沒有直接附帶在 ROS中，需要自行安裝：

sudo apt install ros-melodic-moveit

如果是更高版本（其他版本）則安裝對應的moveit. 比如Ubuntu20.04對應的是ROS Noetic .也可以直接從原始碼下載：https://moveit.ros.org/install/source/

3. 下載例程

如果你的手頭沒有現成的素材，可以從tutorial下載，首先我們建立一個工作空間用於 ROS程式的開發。後面會介紹ROS檔案空間的結構。

mkdir ~/ARM/ws_moveit/src
cd ~/ARM/ws_moveit/src
git clone https://github.com/ros-planning/moveit_tutorials.git -b melodic-devel
git clone https://github.com/ros-planning/panda_moveit_config.git -b melodic-devel

安裝一些必要的依賴：

cd ~/ARM/ws_moveit/src
rosdep install -y --from-paths . --ignore-src --rosdistro melodic

設定工作空間

cd ~/ARM/ws_moveit
catkin config --extend /opt/ros/${ROS_DISTRO} --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
catkin build

重新整理工作空間，使其能夠正常工作：

source ~/ARM/ws_moveit/devel/setup.bash

也可以將這句話寫入 bashrc 檔案，使其自動執行，就不需要每次都 source 了：

echo 'source ~/ARM/ws_moveit/devel/setup.bash' >> ~/.bashrc

4. Rviz 初試

上手 MoveIt 的最快方法就是通過 RViz 外掛。Rviz 是 ROS 中的主要視覺化工具，也是偵錯機器人非常有用的工具。MoveIt Rviz外掛可以設定虛擬環境（場景），以互動方式建立機器人的開始和目標狀態，測試各種運動規劃器，並以視覺化的方式輸出。

在前3步中我們已經做好了初始化的準備，下面我們看一看rviz外掛的相關操作。

4.1 Launch the Demo and Configure the Plugin

執行 panda_moveit_config 的 demo launch檔案：

cd ~/ARM/ws_moveit
source devel/setup.bash
roslaunch panda_moveit_config demo.launch rviz_tutorial:=true

這裡我們提前使用 panda_moveit_config 包，這個包是封裝了機械結構和運動動力學的機器人模型，後面會將介紹這個包是怎麼來的。

如果是第一次執行，將會看到以下介面：

點選左下角的 Add，選擇 MotionPlanning，點選 OK。看到機器人模型。

當這個機器人模型被載入出來後，我們就可以繼續設定這個機器人。

在左側自上向下依次設定：

  1. Global Options中，Fixed Frame 設定為 /panda_link0
  2. MotionPlanning 中
    • Robot Description 設定為 robot_description
    • Planning Scene Topic 設定為 /planning_scene
    • Planning Request 中，將 Planning Group 設定為 panda_arm。
    • Planning Path 中，將 Trajectory Topic 設定為 /move_group/display_planned_path

4.2 機器人視覺化設定

Rviz 中有四種顯示模式：

  1. 機器人在 /planning scene 規劃環境中的設定（預設情況下處於活動狀態）。
  2. 機器人的規劃路徑（預設情況下處於活動狀態）。
  3. 綠色：運動規劃的開始狀態（預設情況下禁用）。
  4. 橙色：運動規劃的目標狀態（預設情況下處於活動狀態）。

可以通過選擇框來開啟關閉各個視覺化狀態：

  1. 使用 "Scene Robot" 索引標籤中的 "Show Robot Visual"顯示機器人規劃場景。
  2. 使用 "Planned Path" 索引標籤中的 "Show Robot Visual" 核取方塊顯示規劃路徑。
  3. 使用 "Planning Request" 索引標籤中的 "Query Start State" 核取方塊顯示開始狀態。
  4. 使用 "Planning Request" 索引標籤中的 "Query Goal State" 核取方塊顯示目標狀態。

通過這些索引標籤的開啟關閉可以顯示不同的視覺化效果。

4.3 與Panda機械臂互動

接下來我們只開啟 Planned Path、Start State 以及 Goal State. 不開啟 Scene Robot 。現在可以看到機械臂呈現橘色。

即作如下的視覺化勾選設定：

  • 勾選Planned Path-Show Robot Visual
  • 取消勾選Scene Robot-Show Robot Visual
  • 勾選Planning Request-Query Goal State
  • 勾選Planning Request-Query Start State

現在應該有兩個互動標記 (interactive markers)：

  • 橙色手臂標記用於表示運動規劃的「目標狀態」，

  • 綠色手臂標記用於表示運動規劃的「開始狀態」。

  • 如果看不到互動標記，請按RViz頂部選單中的 "Interact".

    注意：某些工具可能是被隱藏了，請按頂部選單中的 "+" 以新增互動工具。

現在，就能夠使用這些標記來拖動手臂並更改其狀態：比如拖動手臂到達某個位置：

4.3.1 碰撞狀態

Collision. 當試圖移動機械臂的某個關節與其他部分發生碰撞時，碰撞的兩個部分將變為紅色。

在 "Planning" 索引標籤下的 MotionPlanning 外掛中找到的 "Use Collision-Aware IK" 核取方塊允許您切換IK解算器的行為。勾選該核取方塊後，解算器將不斷嘗試為所需末端效應器位姿尋找無碰撞解決方案。

會比之前優雅很多，但還是會碰撞，只是少了很多可能。

未選中這個索引標籤時，解算器會允許有碰撞的解。

無論核取方塊的狀態如何，碰撞的兩個部分依然以紅色顯示。

4.3.2 移出可達工作空間

由於joint的角度限值和關節的固定長度，目標點侷限在一個有效的空間（workspace）內， 對於出界的目標點，求解器將無法求出解。

4.4 使用 Motion Planning

現在可以通過 Motion Planning 讓機械臂規劃運動。

  • 點中Start State 拖到想要的起始位置；
  • 點中Goal State 拖到想要的目標位置；
  • 檢查起始和目標狀態下都沒有碰撞；
  • 確保在Planned Path索引標籤中勾選Planned Path；

在 MotionPlanning 外掛的 Planning 中點選Plan按鈕， 可以看到機械臂運動的軌跡。

4.5 檢視軌跡點

在 Rviz 中通過 slider 檢視運動軌跡點。

  • 在Panels選單中選擇MotionPlanning - Slider，在左邊會出現一個滾軸。

    Panels在Rviz中最上面的file那一行。

  • 設定目標狀態，點選Plan

  • 拖動滾軸可以檢視軌跡點。

注意，當你把機械臂放到一個新的目標時，先執行 Plan 再執行 slider 中的 Play，否則看到的還是上一次執行的軌跡點。

4.6 儲存設定

File->Save Config

這樣下次開啟Rviz，可以通過File->Open 呼叫儲存的設定。

即，下次執行 roslaunch panda_moveit_config demo.launch ，就可以繼續上面的設定進行操作，不必從頭再來。