《鴻蒙機(jī)器人編程》課件-9-ROS機(jī)械臂開發(fā)實(shí)例

ROS機(jī)械臂開發(fā)實(shí)例課程內(nèi)容2?NXROBO20221.ROS中的常用機(jī)械臂2.ROS-I工業(yè)機(jī)械臂應(yīng)用3.基于ROS的機(jī)械臂控制系統(tǒng)開發(fā)1.ROS中的常用機(jī)械臂——PR23?NXROBO2022PR2(PersonalRobot2)?????Willow

Garage

公司設(shè)計(jì)；兩條手臂，每條手臂七個(gè)關(guān)節(jié)

，手臂末端是一個(gè)可以張合的夾爪；依靠底部的四個(gè)輪子移動(dòng)；在頭部、胸部、肘部、夾爪上分別安裝有高分辨率攝像頭

、激光測(cè)距儀、慣性測(cè)量單元、觸覺傳感器等；底部有兩臺(tái)八核電腦作為機(jī)器人各硬件的控制和通信中樞

，并且都安裝了Ubuntu

和

ROS

系統(tǒng)。PR21.ROS中的常用機(jī)械臂——PR24?NXROBO2022功能包名描述高級(jí)功能pr2_teleop鍵盤速度控制pr2_navigation導(dǎo)航功能pr2_kinematics運(yùn)動(dòng)學(xué)求解器pr2_arm_navigation手臂運(yùn)動(dòng)規(guī)劃pr2_object_manipulation機(jī)器人夾爪操作vision_opencvpcltabletop_object_perception機(jī)器人感知功能executive_smachcontinuous_ops任務(wù)執(zhí)行管理安裝

PR2

功能包：$

sudo

apt

install

ros-noetic-pr2-*PR2相關(guān)的ROS功能包功能包名描述基礎(chǔ)配置pr2_msgs自定義的機(jī)器人message消息類型pr2_srvs自定義的機(jī)器人service服務(wù)類型pr2_description機(jī)器人URDF模型文件pr2_machine機(jī)器人平臺(tái)的相關(guān)配置硬件驅(qū)動(dòng)和仿真pr2_controllers執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)camera_driversimu_driverslaser_driverssound_driverspr2_ethercat_driverspr2_power_drivers傳感器驅(qū)動(dòng)：攝像頭、IMU、激光雷達(dá)、麥克風(fēng)、EtherCAT總線、電源pr2_simulator機(jī)器人仿真器1.ROS中的常用機(jī)械臂——PR25?NXROBO2022

$roslaunchpr2_gazebopr2_empty_world.launch $

roslaunch

pr2_teleop_general

pr2_teleop_general_keyboard.launch機(jī)械臂控制1.ROS中的常用機(jī)械臂——PR26?NXROBO2022$

roslaunch

pr2_moveit_config

demo.launch機(jī)械臂

MoveIt!

控制1.ROS中的常用機(jī)械臂——PR27?NXROBO2022$

roslaunch

pr2_gazebo

pr2_empty_world.launch$

roslaunch

pr2_moveit_config

move_group.launch$

roslaunch

pr2_moveit_config

moveit_rviz.launchMoveIt!+gazebo

控制1.ROS中的常用機(jī)械臂——UR8?NXROBO2022UniversalRobots，優(yōu)傲機(jī)器人一家引領(lǐng)協(xié)作機(jī)器人全新細(xì)分市場(chǎng)的先驅(qū)企業(yè)關(guān)注機(jī)器人的用戶可操作性和靈活度安全度高、無(wú)需安全圍欄、編程簡(jiǎn)單、靈活度高UR3，自重11公斤，有效負(fù)載3公斤，所有腕關(guān)節(jié)均可360度旋轉(zhuǎn)，末端關(guān)節(jié)可作無(wú)限旋轉(zhuǎn)。UR5，自重18公斤，負(fù)載高達(dá)5公斤，工作半85cm。UR10的有效負(fù)載為10公斤，工作半徑130cm。UR20，2022年新推出有效負(fù)載20公斤，工作半徑175cm。。UR

機(jī)器人1.ROS中的常用機(jī)械臂——UR9?NXROBO2022功能包名描述ur_description機(jī)器人模型的描述文件ur_driver連接真實(shí)機(jī)器人的客戶端驅(qū)動(dòng)ur_bringup連接真實(shí)機(jī)器人的啟動(dòng)功能包ur_kinematics機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)求解器ur_msgs自定義message類型ur_gazebo機(jī)器人仿真功能ur3_moveit-configur5_moveit-configur10_moveit-configUR3、UR5、UR10三款機(jī)器人的配置功能包Universal

Robots

的相關(guān)功能包安裝

UR

功能包：$

sudo

apt

install

ros-noetic-universal-robot1.ROS中的常用機(jī)械臂——UR10?NXROBO2022$roslaunchur_gazebour5.launch啟動(dòng)仿真1.ROS中的常用機(jī)械臂——UR11?NXROBO2022MoveIt!+ gazebo$roslaunchur5_moveit_configur5_moveit_planning_execution.launchsim:=true$roslaunchur5_moveit_configmoveit_rviz.launchconfig:=true*

終端查看規(guī)劃的軌跡，可使用如下命令：rostopic

echo

/arm_controller/follow_joint_trajectory/goal2.ROS-I工業(yè)機(jī)械臂應(yīng)用12?NXROBO2022ROS-I

的軟件開發(fā)流程

ROS-I的目標(biāo)是：將

ROS

強(qiáng)

大

的

功

能

應(yīng)

用

到

工

業(yè)

生

產(chǎn)過(guò)程中；為工業(yè)機(jī)器人的研究與應(yīng)用提供快捷有效的開發(fā)途徑；為工業(yè)機(jī)器

人創(chuàng)建一個(gè)

強(qiáng)大的社區(qū)支持；為工業(yè)機(jī)器人提供一站式的工業(yè)級(jí)ROS

應(yīng)用開發(fā)支持。2.ROS-I工業(yè)機(jī)械臂應(yīng)用13?NXROBO20222.ROS-I工業(yè)機(jī)械臂應(yīng)用14?NXROBO2022①ROS-IControllerLayer：最底層，負(fù)責(zé)在具體機(jī)器人控制器上編寫指令，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人狀態(tài)、當(dāng)前關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)收發(fā)，收發(fā)規(guī)范由②定義，機(jī)器人控制器作為服務(wù)器。②ROS-ISimpleMessageLayer：規(guī)范信息傳輸格式。上下層通訊方式為socket通訊，此層定義socket具體協(xié)議。③ROS-IInterfaceLayer：此層提供了ROS接口。把從機(jī)器人控制器接收到的狀態(tài)等數(shù)據(jù)以話題的方式發(fā)布到ROS。并以action方式，接收ROS傳來(lái)的軌跡數(shù)據(jù)，通過(guò)②協(xié)議發(fā)到機(jī)器人控制器。2.ROS-I工業(yè)機(jī)械臂應(yīng)用15?NXROBO2022④ROS-IConfiguration：機(jī)器人及機(jī)器人控制器相關(guān)的配置信息。⑤ROSLayer：ROS的開發(fā)層，可開發(fā)相關(guān)的ROS相關(guān)功能。⑥MoveItLayer：ROS提供的機(jī)械臂開發(fā)平臺(tái)，提供了一系列功能包，幫助開發(fā)者完成機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)求解、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、3D感知、仿真配置等功能。⑦ROS-IApplicationLayer：應(yīng)用層，未來(lái)可能會(huì)包括工業(yè)的工藝規(guī)劃、狀態(tài)機(jī)等功能。⑧ROSGUI：現(xiàn)在已有的UI工具。⑨ROS-IGUI：專門針對(duì)工業(yè)機(jī)器人通用的UI工具。2.ROS-I工業(yè)機(jī)械臂應(yīng)用16?NXROBO2022ROS-I

目前支持的主要機(jī)器人：

/Industrial/supported_hardware2.ROS-I工業(yè)機(jī)械臂應(yīng)用17?NXROBO20222.ROS-I工業(yè)機(jī)械臂應(yīng)用18?NXROBO2022https://industrial-training-master.readthedocs.io/en/latest/3.基于ROS的機(jī)械臂控制系統(tǒng)開發(fā)19?NXROBO2022如何開發(fā)一款基于ROS的機(jī)械臂？20?NXROBO2022集成化智能化簡(jiǎn)易化擴(kuò)展化????六軸機(jī)械臂靈巧手視覺聽覺????在線運(yùn)動(dòng)規(guī)劃自主避障力控制圖像識(shí)別?語(yǔ)音交互????離線仿真可視化編程語(yǔ)音編程開發(fā)接口????EtherCATEthernetModbusUSB?I/O3.基于ROS的機(jī)械臂控制系統(tǒng)開發(fā)——確定設(shè)計(jì)目標(biāo)21?NXROBO20223.基于ROS的機(jī)械臂控制系統(tǒng)開發(fā)——架構(gòu)設(shè)計(jì)圖像源

:

/Industrial可參考ROS-I22?NXROBO20223.基于ROS的機(jī)械臂控制系統(tǒng)開發(fā)——架構(gòu)設(shè)計(jì)交互控制配置日志狀態(tài)關(guān)節(jié)位置插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃伺服控制器機(jī)器人本體EtherCAT運(yùn)動(dòng)學(xué)狀態(tài)監(jiān)控參數(shù)管理坐標(biāo)變換...SimpleMessage

（TCP/IP）碰撞檢測(cè)語(yǔ)音

/

語(yǔ)義識(shí)別圖像處理...攝像頭麥克風(fēng)陣列規(guī)劃接口通信控制硬件.........ROS實(shí)時(shí)系統(tǒng)靈巧手模型點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)配置IO參數(shù)仿真Linux+Xenomai

TCP、USB

ROS機(jī)械臂23?NXROBO20223.基于ROS的機(jī)械臂控制系統(tǒng)開發(fā)——GUI層設(shè)計(jì)

模型顯示

點(diǎn)動(dòng)控制

狀態(tài)監(jiān)控

工具插件

動(dòng)態(tài)配置

程序監(jiān)控

在線

/

離線仿真可Rviz的GUI，甚至可直接在Rviz上開發(fā)自己的應(yīng)用插件24?NXROBO20223.基于ROS的機(jī)械臂控制系統(tǒng)開發(fā)——規(guī)劃層的實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃圖像處理語(yǔ)音交互+機(jī)器學(xué)習(xí)與圖像識(shí)別抓取姿態(tài)分析+25?NXROBO20223.基于ROS的機(jī)械臂控制系統(tǒng)開發(fā)——接口層的實(shí)現(xiàn)

控制

Jogging

ServoPowerOn

Enable

Start/Pause/stop

...

配置

ToolTransform

LogLevel

RobotParameters

ServoParameters

...

日志

Log_Force

Log_Error

Log_Warn

Log_Info

Log_Debug

狀態(tài)

mode

e_stopped

drives_powered

motion_possible

in_motion

in_error

error_code26?NXROBO20223.基于ROS的機(jī)械臂控制系統(tǒng)開發(fā)——通信層的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)段(SimpleMessage)數(shù)據(jù)頭

intMSG_TYPE：

消息類型（自主定義）

intCOMM_TYPE：

通信類型（話題

/

服務(wù)）

intREPLYCODE：

應(yīng)答代碼（僅服務(wù)有效）數(shù)據(jù)內(nèi)容

ByteArrayDATA：

由消息類型和通信類型確定的數(shù)據(jù)內(nèi)容

TCP/UDP

Wifi/Ethernet/Localhost

前綴

intLENGTH：

數(shù)據(jù)頭

+

數(shù)據(jù)內(nèi)容的字節(jié)長(zhǎng)度可參考ROS-I中的SimpleMessage，也可根據(jù)自己的需要自己定義協(xié)議或直接使用串口通信等27?NXROBO20223.基于ROS的機(jī)械臂控制系統(tǒng)開發(fā)——控制層的實(shí)現(xiàn)

實(shí)時(shí)處理

關(guān)節(jié)位置插補(bǔ)(r