ROS机械臂 Movelt 学习笔记1 | 基础准备

回顾总结ROS机械臂的相关知识，movelt 是 ROS机械臂的重要组件，通过movelt可以实现上层算法与控制系统以及机械结构的各层协调。

环境：Ubuntu18.04 + ROS Melodic

1. 安装ROS

官网下载安装步骤：http://wiki.ros.org/melodic/Installation/Ubuntu

一键安装的快捷方式：

wget http://fishros.com/install -O fishros && bash fishros

保证自己的ROS可以使用。可以按照官网进行小乌龟测试。

2. 安装 movelt

Movelt 并没有直接附带在 ROS中，需要自行安装：

sudo apt install ros-melodic-moveit

如果是更高版本（其他版本）则安装对应的moveit. 比如Ubuntu20.04对应的是ROS Noetic .也可以直接从源码下载：https://moveit.ros.org/install/source/

3. 下载例程

如果你的手头没有现成的素材，可以从tutorial下载，首先我们建立一个工作空间用于 ROS程序的开发。后面会介绍ROS文件空间的结构。

mkdir ~/ARM/ws_moveit/src
cd ~/ARM/ws_moveit/src
git clone https://github.com/ros-planning/moveit_tutorials.git -b melodic-devel
git clone https://github.com/ros-planning/panda_moveit_config.git -b melodic-devel

安装一些必要的依赖：

cd ~/ARM/ws_moveit/src
rosdep install -y --from-paths . --ignore-src --rosdistro melodic

设置工作空间

cd ~/ARM/ws_moveit
catkin config --extend /opt/ros/${ROS_DISTRO} --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
catkin build

刷新工作空间，使其能够正常工作：

source ~/ARM/ws_moveit/devel/setup.bash

也可以将这句话写入 bashrc 文件，使其自动执行，就不需要每次都 source 了：

echo 'source ~/ARM/ws_moveit/devel/setup.bash' >> ~/.bashrc

4. Rviz 初试

上手 MoveIt 的最快方法就是通过 RViz 插件。Rviz 是 ROS 中的主要可视化工具，也是调试机器人非常有用的工具。MoveIt Rviz插件可以设置虚拟环境（场景），以交互方式创建机器人的开始和目标状态，测试各种运动规划器，并以可视化的方式输出。

在前3步中我们已经做好了初始化的准备，下面我们看一看rviz插件的相关操作。

4.1 Launch the Demo and Configure the Plugin

运行 panda_moveit_config 的 demo launch文件：

cd ~/ARM/ws_moveit
source devel/setup.bash
roslaunch panda_moveit_config demo.launch rviz_tutorial:=true

这里我们提前使用 panda_moveit_config 包，这个包是封装了机械结构和运动动力学的机器人模型，后面会将介绍这个包是怎么来的。

如果是第一次运行，将会看到以下界面：

点击左下角的 Add，选择 MotionPlanning，点击 OK。看到机器人模型。

当这个机器人模型被加载出来后，我们就可以继续配置这个机器人。

在左侧自上向下依次设置：

1. Global Options中，Fixed Frame 设置为 /panda_link0
2. MotionPlanning 中
   • Robot Description 设置为 robot_description
   • Planning Scene Topic 设置为 /planning_scene
   • Planning Request 中，将 Planning Group 设置为 panda_arm。
   • Planning Path 中，将 Trajectory Topic 设置为 /move_group/display_planned_path

4.2 机器人可视化设置

Rviz 中有四种显示模式：

1. 机器人在 /planning scene 规划环境中的配置（默认情况下处于活动状态）。
2. 机器人的规划路径（默认情况下处于活动状态）。
3. 绿色：运动规划的开始状态（默认情况下禁用）。
4. 橙色：运动规划的目标状态（默认情况下处于活动状态）。

可以通过选择框来打开关闭各个可视化状态：

1. 使用 "Scene Robot" 选项卡中的 "Show Robot Visual"显示机器人规划场景。
2. 使用 "Planned Path" 选项卡中的 "Show Robot Visual" 复选框显示规划路径。
3. 使用 "Planning Request" 选项卡中的 "Query Start State" 复选框显示开始状态。
4. 使用 "Planning Request" 选项卡中的 "Query Goal State" 复选框显示目标状态。

通过这些选项卡的打开关闭可以显示不同的可视化效果。

4.3 与Panda机械臂交互

接下来我们只打开 Planned Path、Start State 以及 Goal State. 不打开 Scene Robot 。现在可以看到机械臂呈现橘色。

即作如下的可视化勾选设置：

• 勾选Planned Path-Show Robot Visual
• 取消勾选Scene Robot-Show Robot Visual
• 勾选Planning Request-Query Goal State
• 勾选Planning Request-Query Start State

现在应该有两个交互标记 (interactive markers)：

• 橙色手臂标记用于表示运动规划的“目标状态”，

• 绿色手臂标记用于表示运动规划的“开始状态”。

• 如果看不到交互标记，请按RViz顶部菜单中的 "Interact".

  注意：某些工具可能是被隐藏了，请按顶部菜单中的 "+" 以添加交互工具。

现在，就能够使用这些标记来拖动手臂并更改其状态：比如拖动手臂到达某个位置：

4.3.1 碰撞状态

Collision. 当试图移动机械臂的某个关节与其他部分发生碰撞时，碰撞的两个部分将变为红色。

在 "Planning" 选项卡下的 MotionPlanning 插件中找到的 "Use Collision-Aware IK" 复选框允许您切换IK解算器的行为。勾选该复选框后，解算器将不断尝试为所需末端效应器位姿寻找无碰撞解决方案。

会比之前优雅很多，但还是会碰撞，只是少了很多可能。

未选中这个选项卡时，解算器会允许有碰撞的解。

无论复选框的状态如何，碰撞的两个部分依然以红色显示。

4.3.2 移出可达工作空间

由于joint的角度限值和关节的固定长度，目标点局限在一个有效的空间（workspace）内， 对于出界的目标点，求解器将无法求出解。

4.4 使用 Motion Planning

现在可以通过 Motion Planning 让机械臂规划运动。

• 点中Start State 拖到想要的起始位置；
• 点中Goal State 拖到想要的目标位置；
• 检查起始和目标状态下都没有碰撞；
• 确保在Planned Path选项卡中勾选Planned Path；

在 MotionPlanning 插件的 Planning 中点击Plan按钮， 可以看到机械臂运动的轨迹。

4.5 查看轨迹点

在 Rviz 中通过 slider 查看运动轨迹点。

• 在Panels菜单中选择MotionPlanning - Slider，在左边会出现一个滑块。

  Panels在Rviz中最上面的file那一行。

• 设置目标状态，点击Plan

• 拖动滑块可以查看轨迹点。

注意，当你把机械臂放到一个新的目标时，先执行 Plan 再执行 slider 中的 Play，否则看到的还是上一次执行的轨迹点。

4.6 保存设置

File->Save Config
# 给自己的配置命名，比如 tryPanda.rviz

这样下次打开Rviz，可以通过File->Open 调用保存的配置。

即，下次运行 roslaunch panda_moveit_config demo.launch ，就可以继续上面的配置进行操作，不必从头再来。