ROS機械臂搭建仿真環境

一、.ROS中的控制器插件

1.ros_control是什么？

　　1）為開發者提供的機器人控制中間件；

　　2）包含一系列控制器接口、傳動裝置接口、硬件接口、控制器工具等；

　　3）可以幫助機器人應用功能包快速落地。

 

　　控制器管理：提供一種通用的借口來管理不同的控制器

　　控制器：讀取硬件狀態，發布控制指令，完成每個joint的控制

　　硬件資源：為上下兩層提供硬件資源的接口

　　機器人硬件抽象：機器人硬件抽象和硬件資源直接打交道，通過write和reaf方法完成硬件操作

　　真實機器人：執行接收到的命令

2.控制器（Controllers）：

　　joint_state_controller：監控機器人狀態

　　joint_effort_controller

　　joint_position_controller：最常用！

　　joint_velocity_controller

 

二、完善機器人模型

1）為Link添加慣性參數和碰撞屬性（注意物理參數，這里將質量設置的很小，慣性設置的較大，讓我們仿真穩定）

2）為joint添加傳動裝置

3）添加gazebo控制器插件

啟動：可能會出現PID增益不存在的報錯，需要修改參數配置的形式

roslaunch probot_gazebo probot_anno_gazebo_world.launch

三、構建MoveIt!+Gazebo仿真

划重點！！！

 

Joint Trajectory Controller :

　　接收action發來的trajecotry軌跡，並完成每個軸的插補運算，讓每個軸動起來

　　1）參數配置，配置控制器arm_joint_conotroller的類型、關節、增益等參數

probot_anno:
  arm_joint_controller:
    type: "position_controllers/JointTrajectoryController"
    joints:
      - joint_1
      - joint_2
      - joint_3
      - joint_4
      - joint_5
      - joint_6

    gains:
      joint_1:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}
      joint_2:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}
      joint_3:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}
      joint_4:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}
      joint_5:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}
      joint_6:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}

　　2）控制器啟動，probot_anno_trajectory_controller.launch，啟動了一個arm_joint_controller控制器

<launch>

    <rosparam file="$(find probot_gazebo)/config/probot_anno_trajectory_control.yaml" command="load"/>

    <node name="arm_controller_spawner" pkg="controller_manager" type="spawner" respawn="false"
          output="screen" ns="/probot_anno" args="arm_joint_controller"/>

</launch>

　　插補運算提供了三種算法（默認使用五次樣條）：

　　　　1）線性樣條：位置連續、速度、加速度不連續

　　　　2）三次樣條：位置和速度連續，加速度不連續

　　　　3）五次樣條：位置、速度、加速度都連續

Joint State Controller:

　　監控關節實時狀態

　　1）參數配置，設置發布頻率50hz,即20ms一次

probot_anno:
  # Publish all joint states -----------------------------------
  joint_state_controller:
    type: joint_state_controller/JointStateController
    publish_rate: 50  
  

　　2）控制器啟動，probot_anno_gazebo_states.launch，與上面的類似

<launch>
    <!-- 將關節控制器的配置參數加載到參數服務器中 -->
    <rosparam file="$(find probot_gazebo)/config/probot_anno_gazebo_joint_states.yaml" command="load"/>

    <node name="joint_controller_spawner" pkg="controller_manager" type="spawner" respawn="false"
          output="screen" ns="/probot_anno" args="joint_state_controller" />

    <!-- 運行robot_state_publisher節點，發布tf  -->
    <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher"
        respawn="false" output="screen">
        <remap from="/joint_states" to="/probot_anno/joint_states" />
    </node>

</launch>

　　注意區分joint_state_publisher和robot_state_publisher

Follow Joint Trajectory

　　封裝trajectory成action，並發出去

　　1）參數配置，注意這個文件是在MoveIt!中的probot_annp_moveit_config功能包中，這個文件將會被probot_anno_moveit_controller_manager.launch加載，啟動時會自動啟動這個controller

 

controller_manager_ns: controller_manager
controller_list:
  - name: probot_anno/arm_joint_controller
    action_ns: follow_joint_trajectory
    type: FollowJointTrajectory
    default: true
    joints:
      - joint_1
      - joint_2
      - joint_3
      - joint_4
      - joint_5
      - joint_6

 

　　2）控制器啟動，probot_anno_moveit_controller_manager.launch，注意這個launch文件也在probot_annp_moveit_config功能包中，后綴.xml沒有用！

 

<launch>
    <arg name="moveit_controller_manager" default="moveit_simple_controller_manager/MoveItSimpleControllerManager"/>
    <param name="moveit_controller_manager" value="$(arg moveit_controller_manager)"/>

    <!-- gazebo Controller -->
    <rosparam file="$(find probot_anno_moveit_config)/config/controllers_gazebo.yaml"/>

</launch>

 

最終的launch文件：

<launch>
  
    <!-- Launch Gazebo  -->
    <include file="$(find probot_gazebo)/launch/probot_anno/probot_anno_gazebo_world.launch" />

    <!-- ros_control arm launch file -->
    <include file="$(find probot_gazebo)/launch/probot_anno/probot_anno_gazebo_states.launch" />   

    <!-- ros_control trajectory control dof arm launch file -->
    <include file="$(find probot_gazebo)/launch/probot_anno/probot_anno_trajectory_controller.launch" />

    <!-- moveit launch file -->
    <include file="$(find probot_anno_moveit_config)/launch/moveit_planning_execution.launch" />

</launch>

　　這邊最后調用的moveit_planning_execution.launch包含了很多文件的，需要仔細分析

實際運行：

roslaunch probot_gazebo probot_anno_bringup_moveit.launch

 

 　　觀察trajectory數據：

rostopic echo /probot_anno/arm_joint_controller/follow_joint_trajectory/goal

　　數據格式為：關節空間的軌跡，可以進行細插補

 

　　觀察每個關節位置的曲線

rosrun rqt_plot rqt_plot
訂閱/probot_anno/joint_states/position[5]

 

 　　最后，尷尬的是仿真了40幾分鍾的時候，gazebo中的機械臂翻了，應該是重力的影響，可以嘗試把底座固定在地面上，添加一個固定關節。

 學習資料鏈接：

　　Gazebo Tutorial：http://www.gazebosim.org/tutorials

　　gazebo和rviz有具體的區別嗎？那個更好用？（因為公眾號遷移，鏈接有點長）https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU1NjEwMTY0Mw==&mid=2247485881&idx=1&sn=8a450bf099e5a865da0e4950aedab970&source=41#wechat_redirect

　　ROS技術點滴----ros_control：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU1NjEwMTY0Mw==&mid=2247485887&idx=1&sn=83d036542f242f8831bf1a43df70d89a&source=41#wechat_redirect

　　ROS探索哦總結（二十四）---使用gazebo中的插件：https://www.guyuehome.com/388