Роботизированная рука ROS MoveIt, часть 2: Контроллер робота: 6 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

github.com/AIWintermuteAI/ros-moveit-arm.git

В предыдущей части статьи мы создали файлы URDF и XACRO для нашей роботизированной руки и запустили RVIZ для управления нашей роботизированной рукой в моделируемой среде.

На этот раз мы сделаем это с настоящей роботизированной рукой! Мы добавим захват, напишем контроллер робота и (необязательно) сгенерируем решатель обратной кинематики IKfast.

Джеронимо!

Шаг 1: добавление захвата

Добавление захвата сначала немного сбивало с толку, поэтому я пропустил эту часть в предыдущей статье. В конце концов, это оказалось не так уж и сложно.

Вам нужно будет изменить файл URDF, чтобы добавить звенья и соединения захватов.

К этому шагу прилагается измененный файл URDF для моего робота. В основном это следует той же логике, что и часть руки, я только что добавил три новых звена (claw_base, claw_r и claw_l) и три новых сустава (сустав5 - фиксированный, а сустав6, сустав7 - поворотные суставы).

После изменения файла URDF вам также необходимо обновить созданный пакет MoveIt и файл xacro с помощью помощника установки MoveIt.

Запустите помощник по установке с помощью следующей команды

roslaunch moveit_setup_assistant setup_assistant.launch

Нажмите «Изменить существующую конфигурацию MoveIt» и выберите папку с вашим пакетом MoveIt.

Добавьте новый захват группы планирования (со связями и шарнирами для захвата), а также концевой эффектор. Мои настройки представлены на скриншотах ниже. Обратите внимание, что вы не выбираете программу расчета кинематики для захвата, в этом нет необходимости. Создайте пакет и перезапишите файлы.

Запустить

сережка сделать

в вашем рабочем пространстве catkin.

Хорошо, теперь у нас есть рука с захватом!

Шаг 2: создание руки

Как я уже упоминал ранее, 3D-модель руки сделана Юргенлесснером, спасибо за отличную работу. Подробную инструкцию по сборке можно найти, перейдя по ссылке.

Однако мне пришлось модифицировать систему управления. Я использую Arduino Uno с сенсорным экраном для управления сервоприводами. Экран датчика значительно упрощает электромонтаж, а также упрощает подачу внешнего питания на сервоприводы. Я использую адаптер питания 12 В 6 А, подключенный через понижающий модуль (6 В) к сенсорному экрану.

Замечание о сервоприводах. Я использую сервоприводы MG 996 HR, купленные на Taobao, но качество очень плохое. Это определенно дешевый китайский подделка. Тот, что для локтевого сустава, не обеспечивал достаточного крутящего момента и даже однажды начал дымиться под большой нагрузкой. Пришлось заменить сервопривод локтевого сустава на MG 946 HR от более качественного производителя.

Короче - покупайте качественные сервоприводы. Если магический дым выходит из ваших сервоприводов, используйте более качественные сервоприводы. 6 В - очень безопасное напряжение, не увеличивайте его. Это не увеличит крутящий момент, но может повредить сервоприводы.

Электропроводка для сервоприводов следующая:

база 2

плечо 2 4 плечо 1 3

локоть 6

захват 8

запястье 11

Не стесняйтесь изменять его, если вы также не забываете изменить эскиз Arduino.

После того, как вы закончили с оборудованием, давайте посмотрим на картину в целом!

Шаг 3. Интерфейс MoveIt RobotCommander

Что теперь? Зачем вообще нужны MoveIt и ROS? Разве вы не можете просто управлять рукой напрямую через код Arduino?

Да, ты можешь.

Хорошо, а как насчет использования графического интерфейса или кода Python / C ++ для создания позы робота? Может ли Ардуино это сделать?

Вроде, как бы, что-то вроде. Для этого вам нужно будет написать решатель обратной кинематики, который будет принимать позу робота (координаты перемещения и вращения в трехмерном пространстве) и преобразовывать ее в сообщения об углах сочленения для сервоприводов.

Несмотря на то, что вы можете сделать это самостоятельно, это чертовски много работы. Итак, MoveIt и ROS предоставляют удобный интерфейс для решателя IK (обратной кинематики), который выполняет всю тяжелую тригонометрическую работу за вас.

Краткий ответ: Да, вы можете создать простую роботизированную руку, которая будет выполнять жестко запрограммированный эскиз Arduino, чтобы переходить из одной позы в другую. Но если вы хотите сделать своего робота более умным и добавить возможности компьютерного зрения, MoveIt и ROS - это то, что вам нужно.

Я сделал очень упрощенную схему, объясняющую, как работает фреймворк MoveIt. В нашем случае это будет еще проще, поскольку у нас нет обратной связи от наших сервоприводов и мы собираемся использовать тему / Joint_states, чтобы предоставить контроллеру робота углы для сервоприводов. Нам не хватает только одного компонента - контроллера робота.

Что мы ждем? Давайте напишем несколько контроллеров роботов, чтобы наш робот был … ну, более управляемым.

Шаг 4: Код Arduino для контроллера робота

В нашем случае контроллером робота будет Arduino Uno, на котором запущен узел ROS с rosserial. Код скетча Arduino прилагается к этому шагу, а также доступен на GitHub.

Узел ROS, работающий на Arduino Uno, в основном подписывается на тему / JointState, опубликованную на компьютере, на котором запущен MoveIt, а затем преобразует объединенные углы из массива из радианов в градусы и передает их сервоприводам с использованием стандартной библиотеки Servo.h.

Это решение немного взломано и не похоже на то, как это делается с промышленными роботами. В идеале вы должны публиковать траекторию движения в теме / FollowJointState, а затем получать отзывы по теме / JointState. Но в нашей руке сервоприводы для хобби не могут предоставить обратную связь, поэтому мы просто подпишемся напрямую на тему / JointState, опубликованную узлом FakeRobotController. В основном мы предполагаем, что любые углы, которые мы передали сервоприводам, выполнены идеально.

Для получения дополнительной информации о том, как работает rosserial, вы можете обратиться к следующим руководствам.

wiki.ros.org/rosserial_arduino/Tutorials

После того, как вы загрузите скетч в Arduino Uno, вам нужно будет подключить его с помощью последовательного кабеля к компьютеру, на котором установлена ваша ROS.

Чтобы вызвать всю систему, выполните следующие команды

roslaunch my_arm_xacro demo.launch rviz_tutorial: = true

sudo chmod -R 777 / dev / ttyUSB0

rosrun rosserial_python serial_node.py _port: = / dev / ttyUSB0 _baud: = 115200

Теперь вы можете использовать интерактивные маркеры в RVIZ, чтобы переместить руку робота в позу, а затем нажать «Планировать» и «Выполнить», чтобы она действительно переместилась в нужное положение.

Магия!

Теперь мы готовы написать код Python для нашего линейного теста. Ну, почти…

Шаг 5: (Необязательно) Создание подключаемого модуля IKfast

По умолчанию MoveIt предлагает использовать решатель кинематики KDL, который на самом деле не работает с плечами менее 6 степеней свободы. Если вы внимательно следите за этим руководством, то заметите, что модель руки в RVIZ не может принимать некоторые позы, которые должны поддерживаться конфигурацией руки.

Рекомендуемое решение - создать собственный решатель кинематики с помощью OpenRave. Это не так уж сложно, но вам придется собрать его и его зависимости из исходного кода или использовать контейнер докеров, в зависимости от того, что вы предпочитаете.

Процедура очень хорошо документирована в этом руководстве. Подтверждено, что он работает на виртуальной машине под управлением Ubuntu 16.04 и ROS Kinetic.

Я использовал следующую команду для создания решателя

openrave.py --database inversekinematics --robot = arm.xml --iktype = translation3d --iktests = 1000

а затем побежал

rosrun moveit_kinematics create_ikfast_moveit_plugin.py test_robot arm my_arm_xacro ikfast0x1000004a. Translation3D.0_1_2_f3.cpp

для создания плагина MoveIt IKfast.

Вся процедура занимает немного времени, но не очень сложно, если вы внимательно следите за инструкциями. Если у вас есть вопросы по этой части, пишите мне в комментариях или в личку.

Шаг 6: Тест на рампу

Теперь мы готовы опробовать линейный тест, который мы выполним с помощью ROS MoveIt Python API.

Код Python прилагается к этому шагу, а также доступен в репозитории github. Если у вас нет пандуса или вы хотите попробовать еще один тест, вам нужно будет изменить позы робота в коде. Для этого первого выполнения

rostopic echo / rviz_moveit_motion_planning_display / robot_interaction_interactive_marker_topic / feedback

в терминале, когда уже запущены RVIZ и MoveIt. Затем переместите робота с интерактивными маркерами в желаемое положение. Значения положения и ориентации будут отображаться в терминале. Просто скопируйте их в код Python.

Чтобы выполнить тестовый запуск рампы

rosrun my_arm_xacro pick / pick_2.py

с уже запущенными РВИЗ и узлом rosserial.

Следите за обновлениями третьей части статьи, где я буду использовать стереокамеру для обнаружения объектов и выполнять конвейер выбора и размещения простых объектов!