機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）課件10.2MoveIt!的使用

機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）MoveIt!的使用10.2機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.1MoveIt!系統(tǒng)架構(gòu)MoveIt!系統(tǒng)架構(gòu)如圖所示，內(nèi)容參考官方文檔概念說(shuō)明。move_group是MoveIt!的核心節(jié)點(diǎn)，能夠?qū)⑵渌墓δ芙M件綜合在一起為用戶提供ROS中的動(dòng)作指令和服務(wù)，其本身并不具備強(qiáng)大豐富的功能，依靠各種功能包和插件的集成，通過(guò)服務(wù)或消息的方式接收機(jī)器人發(fā)出的消息和機(jī)器人的TF坐標(biāo)變換。MoveIt!系統(tǒng)架構(gòu)機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.1MoveIt!系統(tǒng)架構(gòu)

用戶可以通過(guò)如下三種方式訪問(wèn)move_group提供的操作和服務(wù)：基于move_group_interface的C++接口，基于moveit_commander的Python接口和使用rviz插件的GUI接口。move_group需要使用ROS參數(shù)服務(wù)器來(lái)獲取以下三種信息：URDF：在ROS參數(shù)服務(wù)器上查找robot_description參數(shù)，以獲取機(jī)器人模型的描述信息。SRDF：在ROS參數(shù)服務(wù)器上查找robot_description_semantic參數(shù)，以獲取機(jī)器人模型的配置信息，配置信息通常由用戶使用MoveIt!SetupAssistant創(chuàng)建。Config：機(jī)器人的其他配置信息，包括關(guān)節(jié)限制、運(yùn)動(dòng)學(xué)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、感知和其他信息。機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.1MoveIt!系統(tǒng)架構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃（Motionplanning）就是在將機(jī)器人從初始姿態(tài)和位置移動(dòng)到目標(biāo)姿態(tài)和位置的過(guò)程中，避開(kāi)環(huán)境中的障礙物并防止自身碰撞的一種算法MoveIt!通過(guò)插件機(jī)制（plugininterface）與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器（motionplanner）進(jìn)行交互，可以使用多個(gè)庫(kù)的不同運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器，使得MoveIt!擴(kuò)展性更強(qiáng)。MoveIt!中包含有多種運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器，包括基于采樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器OMPL（move_group默認(rèn)使用），基于搜索的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器SBPL和基于最優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器CHOMP等。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器結(jié)構(gòu)如圖所示，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃請(qǐng)求需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置一些約束條件：①位置約束：限制link的空間區(qū)域。②方向約束：限制link的運(yùn)動(dòng)方向（滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航）。③可見(jiàn)性約束：限制link上的某個(gè)點(diǎn)在某個(gè)區(qū)域的可見(jiàn)性。④關(guān)節(jié)約束：限制關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍。⑤用戶指定約束：用戶通過(guò)回調(diào)函數(shù)定義約束條件。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器結(jié)構(gòu)機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.1MoveIt!系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)劃場(chǎng)景用于重現(xiàn)機(jī)器人的周圍狀態(tài)以及機(jī)器人的自身姿態(tài)。這一功能主要由規(guī)劃場(chǎng)景監(jiān)聽(tīng)器（PlanningSceneMonitor）實(shí)現(xiàn)，如圖所示：規(guī)劃場(chǎng)景框圖機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂運(yùn)行如下命令安裝MoveIt!，如圖所示：$sudoapt-getinstallros-melodic-moveit*安裝MoveIt!機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂

MoveIt!配置助手（SetupAssistant）是一個(gè)使用MoveIt!配置機(jī)器人的圖形界面，主要功能是產(chǎn)生機(jī)器人的SRDF文件，另外還產(chǎn)生其他配置文件，從而創(chuàng)建一個(gè)MoveIt!配置的功能包，完成機(jī)器人的配置、可視化和仿真等工作。運(yùn)行如下命令，啟動(dòng)設(shè)置助手，如圖所示：$roslaunchmoveit_setup_assistantsetup_assistant.launchMoveIt!配置助手其中，按鍵“CreateNewMoveItConfigurationPackage”功能為新建配置功能包，按鍵“EditExistingMoveItConfigurationPackage”功能為使用已有的配置功能包。機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂點(diǎn)擊按鍵“CreateNewMoveItConfigurationPackage”后，點(diǎn)擊“Browse”按鈕，加入相關(guān)模型，模型位置：robot_arm/robot_arm_description/urdf（需將本書對(duì)應(yīng)代碼拷貝至工作空間并進(jìn)行編譯），點(diǎn)擊“LoadFiles”完成模型加載，如圖所示。加載機(jī)械臂模型機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂點(diǎn)擊“Self-Collisions”，配置自碰撞矩陣，如圖所示。默認(rèn)的自碰撞矩陣生成器搜索機(jī)械臂所有關(guān)節(jié)，這個(gè)碰撞免檢矩陣是可以安全地關(guān)閉檢查，從而減少行動(dòng)規(guī)劃的處理時(shí)間。采樣密度指定了多少個(gè)隨機(jī)機(jī)械臂位置來(lái)檢查碰撞，默認(rèn)10000個(gè)碰撞檢查?？牲c(diǎn)擊“GenerateCollisionMatrix”自動(dòng)完成設(shè)置。配置自碰撞矩陣機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂點(diǎn)擊“VirtualJoints”，分配機(jī)械臂的虛擬關(guān)節(jié)，如圖所示。這里定義機(jī)械臂與世界坐標(biāo)系的關(guān)系，把機(jī)械臂關(guān)節(jié)固定到某個(gè)物體上，例如機(jī)械臂有一個(gè)滑動(dòng)底座，可以將機(jī)械臂的底座與里程計(jì)（odom）通過(guò)一個(gè)關(guān)節(jié)連接，此時(shí)機(jī)械臂就可以在二維平面滑動(dòng)。這里用不上，直接跳過(guò)。分配機(jī)械臂虛擬關(guān)節(jié)機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂點(diǎn)擊“PlanningGroups”，配置機(jī)械臂的規(guī)劃群組，如圖所示。規(guī)劃組可以將機(jī)械臂劃分為不同的組，例如機(jī)械臂本身和夾爪部分。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃會(huì)針對(duì)這一個(gè)組完成運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，在配置過(guò)程中還可以選擇運(yùn)動(dòng)學(xué)解析器。配置機(jī)械臂的規(guī)劃群組機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂點(diǎn)擊“AddGroup”，按照?qǐng)D所示內(nèi)容進(jìn)行配置，其中：GroupName：規(guī)劃組的名稱。KinematicSolver：配置針對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)學(xué)求解器，選擇的是kdl的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器插件。Kin.SearchResolution：關(guān)節(jié)空間的采樣密度。Kin.SearchTimeout（sec）：超時(shí)時(shí)間。創(chuàng)建機(jī)械臂arm組機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂點(diǎn)擊“AddKin.Chain”，設(shè)置運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算中需包含的link，如圖所示。具體設(shè)置如下：BaseLink：base_linkTipLink：grasping_frame添加運(yùn)動(dòng)學(xué)工具鏈機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂點(diǎn)擊“AddGroup”，為機(jī)械臂夾爪創(chuàng)建如圖所示的的gripper組。

創(chuàng)建機(jī)械臂夾爪的gripper組機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂將“finger_joint1”和“finger_joint2”加入到右側(cè)的列表中，如圖所示。選中“gripper”目錄下的“Joints”，點(diǎn)擊“EditSelected”，如圖所示。進(jìn)入gripper組中的joint進(jìn)行配置設(shè)置gripper組中的joint機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂配置完成后，主配置界面如圖所示。點(diǎn)擊“RobotPoses”，定義機(jī)械臂的位姿。點(diǎn)擊“AddPose”，首先設(shè)置機(jī)械臂的初始位姿，如圖所示。主配置界面設(shè)置機(jī)械臂位姿機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂位姿設(shè)置完成后會(huì)出現(xiàn)如圖所示的界面。通過(guò)更改相關(guān)的joint參數(shù)，設(shè)置機(jī)械臂的第二個(gè)位姿，如圖所示。設(shè)置機(jī)械臂第二個(gè)位姿機(jī)械臂位姿配置完成機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂點(diǎn)擊“EndEffectors”，配置機(jī)械臂的夾爪，如圖所示。機(jī)械臂夾爪配置

點(diǎn)擊“PassiveJoints”，如圖所示，這里是配置不能驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)，這些關(guān)節(jié)不需要MoveIt！對(duì)其進(jìn)行規(guī)劃和控制。由于本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有類似關(guān)節(jié)，所以無(wú)需配置。PassiveJoints配置機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機(jī)械臂點(diǎn)擊“AuthorInformation”，設(shè)置作者信息。點(diǎn)擊“ConfigurationFiles”，生成配置文件。選擇一個(gè)保存路徑，配置助手將所有配置的文件打包成一個(gè)功能包（自行命名）進(jìn)行保存，保存成功后點(diǎn)擊“ExitSetupAssistant”即可退出配置助手，如圖10-36所示。生成配置文件機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.3啟動(dòng)MoveIt!

使用MoveIt!配置助手配置完成后，會(huì)在相應(yīng)的路徑下生成名為“robot_arm_config”的功能包，包含了大部分控制機(jī)械臂所需的啟動(dòng)和配置文件。運(yùn)行如下命令，測(cè)試配置是否成功，如圖所示：

$roslaunchrobot_arm_configdemo.launch運(yùn)行demo.launch通過(guò)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃面板可以控制機(jī)械臂完成拖動(dòng)規(guī)劃、隨機(jī)目標(biāo)規(guī)劃等功能。機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.3啟動(dòng)MoveIt!

拖動(dòng)機(jī)械臂的前端改變機(jī)械臂的姿態(tài)，點(diǎn)擊“Planning”下的“Plan&Execute”，Moveit!開(kāi)始規(guī)劃路徑，控制機(jī)械臂向目標(biāo)位置移動(dòng)，如圖所示。拖動(dòng)規(guī)劃?rùn)C(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.3啟動(dòng)MoveIt!

點(diǎn)擊“Query”下的“GoalState”的下拉選項(xiàng)，選擇“randomvalid