《鴻蒙機(jī)器人編程》課件-5-機(jī)器人操作平臺MoveIt

機(jī)器人操作平臺MoveIt！課程內(nèi)容1.工業(yè)機(jī)器人簡介2.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介3.ROS機(jī)械臂URDF建模4.MoveIt！機(jī)械臂可視化控制5.uArm可視化控制實驗2?NXROBO20221.工業(yè)機(jī)器人簡介——定義?NXROBO20223工業(yè)機(jī)器人定義ISO8373：anautomaticallycontrolled,reprogrammable,multipurposemanipulatorprogrammableinthreeormoreaxes,whichcanbeeitherfixedinplaceormobileforuseinindustrialautomationapplicationsGB/T12643：某操作機(jī)（Manipulator）是自動控制的，可重復(fù)編程、多用途，并可對三個及三個以上軸進(jìn)行編程。它可以是固定式或移動式。在工業(yè)自動化中使用。機(jī)器人包括操作機(jī)（含驅(qū)動器）和控制系統(tǒng)（硬件和軟件）操作機(jī)：是一種機(jī)器，其通常是由一系列相互鉸接或相對滑動的構(gòu)件所組成。它通常有幾個自由度，用以抓取或移動物體（工具或工件）1.工業(yè)機(jī)器人簡介——定義?NXROBO202241.工業(yè)機(jī)器人簡介——歷史?NXROBO20225Unimate(1961)世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人喬治·德沃爾和約瑟·英格伯格發(fā)明，他們被稱為機(jī)器人之父1.工業(yè)機(jī)器人簡介——歷史?NXROBO202261.工業(yè)機(jī)器人簡介——歷史?NXROBO202271.工業(yè)機(jī)器人簡介——歷史?NXROBO202281.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO202291.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022101.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022111.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022121.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022131.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022141.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022151.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022161.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022171.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022181.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022191.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022201.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022211.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022221.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022231.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022241.工業(yè)機(jī)器人簡介——現(xiàn)狀?NXROBO2022251.工業(yè)機(jī)器人簡介——未來?NXROBO2022261.工業(yè)機(jī)器人簡介——未來?NXROBO2022271.工業(yè)機(jī)器人簡介——未來?NXROBO2022281.工業(yè)機(jī)器人簡介——未來?NXROBO2022291.工業(yè)機(jī)器人簡介——未來?NXROBO2022301.工業(yè)機(jī)器人簡介——未來?NXROBO2022311.工業(yè)機(jī)器人簡介——未來?NXROBO2022321.工業(yè)機(jī)器人簡介——未來?NXROBO2022331.工業(yè)機(jī)器人簡介——未來?NXROBO2022341.工業(yè)機(jī)器人簡介——未來?NXROBO2022352.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——MoveIt！的前世?NXROBO202236Announcing

MoveIt!2.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——MoveIt！的今生?NXROBO202237MoveIt!Montage

20172.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——MoveIt！的今生?NXROBO202238工業(yè)機(jī)器人2.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——MoveIt！的今生?NXROBO202239新一代機(jī)器人2.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——MoveIt！的今生?NXROBO202240人形機(jī)器人2.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——MoveIt！是什么？?NXROBO202241一個易于使用的集成化開發(fā)平臺由一系列移動操作的功能包組成運動學(xué)3D感知碰撞檢測運動規(guī)劃軌跡規(guī)劃……

提供友好的GUI可用于工業(yè)、商業(yè)、研發(fā)和其它領(lǐng)域ROS社區(qū)中使用度排名前三的功能包MoveIt!可視化界面2.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——MoveIt！的核心?NXROBO202242傳統(tǒng)機(jī)械臂編程MoveIt!-based的編程動作級別編程任務(wù)級別編程2.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——MoveIt！的核心?NXROBO202243機(jī)械臂運動學(xué)：KDL、IKFast、Trac-IK、……路徑規(guī)劃：OMPL、CHOMP、STOMP、SBPL、……碰撞檢測：FCL、PCD、……2.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——系統(tǒng)架構(gòu)?NXROBO202244輸出場景信息任務(wù)信息2.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——系統(tǒng)架構(gòu)?NXROBO202245用戶接口（UserInterface）GUI：使用MoveIt的rviz插件C++：使用move_group_interface包提供的APIPython：使用moveit_commander包提供的APIROS參數(shù)服務(wù)器URDF：robot_description參數(shù)，獲取機(jī)器人URDF模型的描述信息SRDF：robot_description_semantic參數(shù)，獲取機(jī)器人模型的配置信息config：機(jī)器人的其他配置信息，例如關(guān)節(jié)限位、運動學(xué)插件、運動規(guī)劃插件等機(jī)器人Topic

和Action通信2.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——系統(tǒng)架構(gòu)?NXROBO202246MoveIt!地圖更新插件組運動規(guī)劃插件組規(guī)劃請求適配器插件組控制器管理插件組碰撞檢測插件組運動學(xué)插件組高層功能插件組機(jī)器人模型關(guān)節(jié)狀態(tài)機(jī)器人感知傳感器機(jī)器人執(zhí)行器MoveIt!的插件機(jī)制PointCloudDepthImage2.MoveIt！系統(tǒng)架構(gòu)簡介——系統(tǒng)架構(gòu)?NXROBO202247組裝：創(chuàng)建機(jī)器人URDF模型配置：使用MoveIt!

Setup

Assistant工具生成配置文件驅(qū)動：添加機(jī)器人控制器插件（controller）控制：MoveIt!控制機(jī)器人運動（算法仿真、物理仿真）3.ROS機(jī)械臂URDF建?！猆RDF簡介?NXROBO202248URDF：UnifiedRobotDescriptionFormat的首字母縮寫，直譯為統(tǒng)一(標(biāo)準(zhǔn)化)機(jī)器人描述格式，可以以一種XML的方式描述機(jī)器人的部分結(jié)構(gòu)模型文件。robot：根標(biāo)簽，類似于launch文件中的launch標(biāo)簽link：連桿標(biāo)簽join：關(guān)節(jié)標(biāo)簽gazebo：集成gazebo需要使用的標(biāo)簽3.ROS機(jī)械臂URDF建?！猆RDF簡介?NXROBO202249<link>描述機(jī)器人某個剛體部分的外觀和物理屬性；描述連桿尺寸（size）、顏色（color），形狀（shape），慣性矩陣（inertial matrix），碰撞參數(shù)（collision

properties）等。每個Link會成為一個坐標(biāo)系3.ROS機(jī)械臂URDF建?！猆RDF簡介?NXROBO202250<joint>描述兩個link之間的關(guān)系，分為六種類型；包括關(guān)節(jié)運動的位置和速度限制；描述機(jī)器人關(guān)節(jié)的運動學(xué)和動力學(xué)屬性。關(guān)節(jié)類型描述continuous旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，可以圍繞單軸無限旋轉(zhuǎn)revolute旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，類似于continuous，但是有旋轉(zhuǎn)的角度極限prismatic滑動關(guān)節(jié)，沿某一軸線移動的關(guān)節(jié)，帶有位置極限planar平面關(guān)節(jié)，允許在平面正交方向上平移或者旋轉(zhuǎn)floating浮動關(guān)節(jié)，允許進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)運動fixed固定關(guān)節(jié)，不允許運動的特殊關(guān)節(jié)3.ROS機(jī)械臂URDF建?！猆RDF簡介?NXROBO202251<robot>完整機(jī)器人模型的最頂層標(biāo)簽<link>和<joint>標(biāo)簽都必須包含在<robot>標(biāo)簽內(nèi)一個完整的機(jī)器人模型，由一系列<link>和<joint>組成URDF建模存在哪些問題

？模型冗長，重復(fù)內(nèi)容過多；參數(shù)修改麻煩，不便于二次開發(fā)；沒有參數(shù)計算的功能；…3.ROS機(jī)械臂URDF建模——Xacro簡介?NXROBO202252概念：

Xacro：XMLMacros的縮寫，Xacro是一種XML宏語言，是可編程的XML。原理：

Xacro可以聲明變量，可以通過數(shù)學(xué)運算求解，使用流程控制控制執(zhí)行順序，還可以通過類似函數(shù)的實現(xiàn)，封裝固定的邏輯，相比于純粹的URDF實現(xiàn)，可以提高編寫效率以及編寫出更精簡、易讀性更強(qiáng)的機(jī)器人模型文件。3.ROS機(jī)械臂URDF建?！猉acro簡介?NXROBO202253Xacro語法：屬性與算數(shù)運算：封裝URDF中的一些字段屬性定義：<xacro:propertyname="xxxx"value="yyyy"/>屬性調(diào)用：${屬性名稱}算數(shù)運算：${數(shù)學(xué)表達(dá)式}宏：類似于函數(shù)實現(xiàn)，提高代碼復(fù)用率，優(yōu)化代碼結(jié)構(gòu)，提高安全性宏定義：<xacro:macroname=“宏名稱”params=“參數(shù)列表(多參數(shù)之間使用空格分隔)”>

……

參數(shù)調(diào)用格式：${參數(shù)名}</xacro:macro>宏調(diào)用：<xacro:宏名稱參數(shù)1=xxx參數(shù)2=xxx/>文件包含：將多個單獨的xacro文件包含在一個文件中組合為完整機(jī)器人<robotname="xxx"xmlns:xacro="/xacro"><xacro:includefilename="my_base.xacro"/><xacro:includefilename="my_camera.xacro"/><xacro:includefilename="my_laser.xacro"/>....</robot>3.ROS機(jī)械臂URDF建?！猉acro簡介?NXROBO202254xacro宏定義

xacro宏調(diào)用3.ROS機(jī)械臂URDF建模——Xacro簡介?NXROBO202255材質(zhì)定義Xacro屬性定義linkjointmarm_description/urdf/marm_base_simple.xacro3.ROS機(jī)械臂URDF建?！猉acro簡介?NXROBO202256marm_description/urdf/marm_simple.xacro

Xacro文件包含3.ROS機(jī)械臂URDF建?！S機(jī)械臂URDF建模?NXROBO202257發(fā)布joint_state發(fā)布tf3.ROS機(jī)械臂URDF建?！S機(jī)械臂URDF建模?NXROBO202258$roslaunchmarm_description

view_marm_simple.launch4.MoveIt！機(jī)械臂可視化控制——setup_assistant?NXROBO202259$rosrunmoveit_setup_assistant

moveit_setup_assistant啟動MoveIt!Setup

Assistant4.MoveIt！機(jī)械臂可視化控制——setup_assistant?NXROBO202260選擇模型4.MoveIt！機(jī)械臂可視化控制——setup_assistant?NXROBO202261

設(shè)置碰撞檢測采樣點4.MoveIt！機(jī)械臂可視化控制——setup_assistant?NXROBO202262機(jī)械臂規(guī)劃組4.MoveIt！機(jī)械臂可視化控制——setup_assistant?NXROBO202263夾爪規(guī)劃組4.MoveIt！機(jī)械臂可視化控制——setup_assistant?NXROBO202264建立完成的兩個規(guī)劃組4.MoveIt！機(jī)械臂可視化控制——setup_assistant?NXROBO202265添加機(jī)器人位姿4.MoveIt！機(jī)械臂可視化控制——setup_assistant?NXROBO202266標(biāo)記末端執(zhí)行器4.MoveIt！機(jī)械臂可視化控制——setup_assistant?NXROBO202267作者信息4.MoveIt！機(jī)械臂可視化控制——setup_assistan