主要参考:
- MoveIt编程实现关节空间机械臂运动(正运动学)
- MoveIt编程实现关节空间机械臂运动(逆运动学)
其他参考:
- python下MoveIt使用语句的解析
https://www.ncnynl.com/archives/201610/1033.html
00 MoveIt
在之前的工作中,在启动moveit后,启动了RViz图形界面,然后拖动机械臂末端,再点击“plan”实现轨迹的规划,点击“execute"执行机械臂的运动。
而实际工作中大都是通过编程的方式控制,而不是Rviz的图形化控制。
在MoveIt中有三个主要的控制接口可实现机械臂进行控制,如图所示,。
c++使用move_group_interface;python使用moveit_commander。使用moveit控制机械臂时,把他们放入头文件。
01 准备工作:创建功能包
cd ~/ur_ws/src
# 创建功能包 control_robot
catkin_create_pkg control_robot std_msgs rospy roscpp moveit_ros_planning_interface moveit_ros_move_group
roscd control_robot
# 新建scripts文件夹(用来放置python程序)
mkdir scripts
# 新建.py文件
touch demo.py
# 将.py文件变为可执行文件
sudo chmod +x talker.py
说明:
- 使用
catkin_create_pkg
创建功能包,第一个参数是功能包名字,第二个参数是功能包的依赖。
后续如果想再给功能包添加其他依赖,需要在CMakeList.txt
中修改(在find_package
里), - 创建后的功能包里有
/src
文件夹了,这个用以放置c++文件;
python文件需要创建/script
文件夹 - 使用
touch
语句新建文件 - 对于
python
文件,创建后需要把它修改为可执行文件;
对于c++
文件,每次修改后都要catkin_make
- 对于
python
文件,另一个需要特别注意的是在.py
文件的第一行要有:#!/usr/bin/env python
02 正运动学
2.1 python
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import rospy, sys
import moveit_commander
class MoveItFkDemo:
def __init__(self):
# 初始化move_group的API,出现roscpp是因为底层是通过C++进行实现的
moveit_commander.roscpp_initialize(sys.argv)
# 初始化ROS节点,节点名为'moveit_fk_demo'
rospy.init_node('moveit_fk_demo', anonymous=True)
# 初始化需要使用move group控制的机械臂中的arm group
arm = moveit_commander.MoveGroupCommander('manipulator')
# 设置机械臂运动的允许误差值,单位弧度
arm.set_goal_joint_tolerance(0.001)
# 设置允许的最大速度和加速度,范围0~1
arm.set_max_acceleration_scaling_factor(0.5)
arm.set_max_velocity_scaling_factor(0.5)
# 控制机械臂先回到初始化位置,home是setup assistant中设置的
arm.set_named_target('home')
arm.go() #让机械臂先规划,再运动,阻塞指令,直到机械臂到达home后再向下执行
rospy.sleep(1)
# 设置机械臂的目标位置,使用六轴的位置数据进行描述(单位:弧度)
joint_positions = [0.391410, -0.676384, -0.376217, 0.0, 1.052834, 0.454125]
arm.set_joint_value_target(joint_positions) #设置关节值作为目标值
# 控制机械臂完成运动
arm.go() # 规划+执行
rospy.sleep(1)
# 控制机械臂先回到初始化位置
arm.set_named_target('home')
arm.go()
rospy.sleep(1)
# 关闭并退出moveit
moveit_commander.roscpp_shutdown()
moveit_commander.os._exit(0)
if __name__ == "__main__":
try:
MoveItFkDemo()
except rospy.ROSInterruptException:
pass
说明:
- 对于python程序,首行需要有
#!/usr/bin/env python
- 如果有中文注释,需要加
# -*- coding: utf-8 -*-
- 对于ur机械臂,
Planning Group
是manipulator
,这个可以在rviz的界面中看到
arm = moveit_commander.MoveGroupCommander('manipulator')
- 正运动学机械臂的执行方式
joint_positions = [0.391410, -0.676384, -0.376217, 0.0, 1.052834, 0.454125]
arm.set_joint_value_target(joint_positions) #设置关节值作为目标值
arm.go() # 规划+执行
rospy.sleep(1)
2.2 c++
#include <ros/ros.h>
#include <moveit/move_group_interface/move_group_interface.h>
int main(int argc, char **argv) //主函数
{
//ros初始化节点,节点名为moveit_fk_demo
ros::init(argc, argv, "moveit_fk_demo");
//多线程
ros::AsyncSpinner spinner(1);
//开启新的线程
spinner.start();
//初始化需要使用move group控制的机械臂中的arm group
moveit::planning_interface::MoveGroupInterface arm("manipulator");
//设置机械臂运动的允许误差
arm.setGoalJointTolerance(0.001);
//设置允许的最大速度和加速度
arm.setMaxAccelerationScalingFactor(0.5);
arm.setMaxVelocityScalingFactor(0.5);
// 控制机械臂先回到初始化位置
arm.setNamedTarget("home");
arm.move(); //规划+运动
sleep(1);
//定义一个数组,存放6个关节的信息
double targetPose[6] = {0.391410, -0.676384, -0.376217, 0.0, 1.052834, 0.454125};
//关节的向量,赋值
std::vector<double> joint_group_positions(6);
joint_group_positions[0] = targetPose[0];
joint_group_positions[1] = targetPose[1];
joint_group_positions[2] = targetPose[2];
joint_group_positions[3] = targetPose[3];
joint_group_positions[4] = targetPose[4];
joint_group_positions[5] = targetPose[5];
//将关节值写入
arm.setJointValueTarget(joint_group_positions);
arm.move(); //规划+移动
sleep(1);
// 控制机械臂再回到初始化位置
arm.setNamedTarget("home");
arm.move();
sleep(1);
//关闭并退出
ros::shutdown();
return 0;
}
说明:
- c++正运动学的方式:
arm.setJointValueTarget(joint_group_positions);
arm.move(); //规划+移动
sleep(1);
- 开辟多线程
对于一些只订阅一个话题的简单节点来说,我们使用ros::spin()
进入接收循环,每当有订阅的话题发布时,进入回调函数接收和处理消息数据。
但是更多的时候,一个节点往往要接收和处理不同来源的数据,并且这些数据的产生频率也各不相同,当我们在一个回调函数里耗费太多时间时,会导致其他回调函数被阻塞,导致数据丢失。
这种场合需要给一个节点开辟多个线程,保证数据流的畅通。它有start()
和stop()
函数,并且在销毁的时候会自动停止。
其中,开辟多线程:
ros::AsyncSpinner spinner(1);
03 逆运动学
3.1 python
#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import rospy, sys
import moveit_commander
from geometry_msgs.msg import PoseStamped, Pose
class MoveItIkDemo:
def __init__(self):
# 初始化move_group的API
moveit_commander.roscpp_initialize(sys.argv)
# 初始化ROS节点
rospy.init_node('moveit_ik_demo')
# 初始化需要使用move group控制的机械臂中的arm group
arm = moveit_commander.MoveGroupCommander('manipulator')
# 获取终端link的名称,这个在setup assistant中设置过了
end_effector_link = arm.get_end_effector_link()
# 设置目标位置所使用的参考坐标系
reference_frame = 'base_link'
arm.set_pose_reference_frame(reference_frame)
# 当运动规划失败后,允许重新规划
arm.allow_replanning(True)
# 设置位置(单位:米)和姿态(单位:弧度)的允许误差
arm.set_goal_position_tolerance(0.001)
arm.set_goal_orientation_tolerance(0.01)
# 设置允许的最大速度和加速度
arm.set_max_acceleration_scaling_factor(0.5)
arm.set_max_velocity_scaling_factor(0.5)
# 控制机械臂先回到初始化位置
arm.set_named_target('home')
arm.go()
rospy.sleep(1)
# 设置机械臂工作空间中的目标位姿,位置使用x、y、z坐标描述,
# 姿态使用四元数描述,基于base_link坐标系
target_pose = PoseStamped()
#参考坐标系,前面设置了
target_pose.header.frame_id = reference_frame
target_pose.header.stamp = rospy.Time.now() #时间戳?
#末端位置
target_pose.pose.position.x = 0.2593
target_pose.pose.position.y = 0.0636
target_pose.pose.position.z = 0.1787
#末端姿态,四元数
target_pose.pose.orientation.x = 0.70692
target_pose.pose.orientation.y = 0.0
target_pose.pose.orientation.z = 0.0
target_pose.pose.orientation.w = 0.70729
# 设置机器臂当前的状态作为运动初始状态
arm.set_start_state_to_current_state()
# 设置机械臂终端运动的目标位姿
arm.set_pose_target(target_pose, end_effector_link)
# 规划运动路径,返回虚影的效果
traj = arm.plan()
# 按照规划的运动路径控制机械臂运动
arm.execute(traj)
rospy.sleep(1) #执行完成后休息1s
# 控制机械臂回到初始化位置
arm.set_named_target('home')
arm.go()
# 关闭并退出moveit
moveit_commander.roscpp_shutdown()
moveit_commander.os._exit(0)
if __name__ == "__main__":
MoveItIkDemo()
3.2 c++
#include <string>
#include <ros/ros.h>
#include <moveit/move_group_interface/move_group_interface.h>
int main(int argc, char **argv)
{
//初始化节点
ros::init(argc, argv, "moveit_fk_demo");
//多线程
ros::AsyncSpinner spinner(1);
//开启线程
spinner.start();
//初始化需要使用move group控制的机械臂中的arm group
moveit::planning_interface::MoveGroupInterface arm("manipulator");
//获取终端link的名称
std::string end_effector_link = arm.getEndEffectorLink();
//设置目标位置所使用的参考坐标系
std::string reference_frame = "base_link";
arm.setPoseReferenceFrame(reference_frame);
//当运动规划失败后,允许重新规划
arm.allowReplanning(true);
//设置位置(单位:米)和姿态(单位:弧度)的允许误差
arm.setGoalPositionTolerance(0.001);
arm.setGoalOrientationTolerance(0.01);
//设置允许的最大速度和加速度
arm.setMaxAccelerationScalingFactor(0.2);
arm.setMaxVelocityScalingFactor(0.2);
// 控制机械臂先回到初始化位置
arm.setNamedTarget("home");
arm.move(); //规划+运动
sleep(1); //停1s钟
// 设置机器人终端的目标位置
geometry_msgs::Pose target_pose;
//四元数,设置末端姿态
target_pose.orientation.x = 0.70692;
target_pose.orientation.y = 0.0;
target_pose.orientation.z = 0.0;
target_pose.orientation.w = 0.70729;
//设置末端位置
target_pose.position.x = 0.2593;
target_pose.position.y = 0.0636;
target_pose.position.z = 0.1787;
// 设置机器臂当前的状态作为运动初始状态
arm.setStartStateToCurrentState();
// 将目标位姿写入
arm.setPoseTarget(target_pose);
// 进行运动规划,计算机器人移动到目标的运动轨迹,此时只是计算出轨迹,并不会控制机械臂运动
moveit::planning_interface::MoveGroupInterface::Plan plan;
moveit::planning_interface::MoveItErrorCode success = arm.plan(plan);
//输出成功与否的信息
ROS_INFO("Plan (pose goal) %s",success?"":"FAILED");
//让机械臂按照规划的轨迹开始运动
if(success)
arm.execute(plan);
sleep(1);
// 控制机械臂先回到初始化位置
arm.setNamedTarget("home");
arm.move();
sleep(1);
ros::shutdown();
return 0;
}
04 注意事项
❤ 对于仿真来说,无论是c++还是python,都是先运行gazebo、moveit和rviz(rviz可以不运行,只运行前两个),然后开始运行自己写的代码。
roslaunch ur_gazebo ur3_bringup.launch
roslaunch ur3_moveit_config ur3_moveit_planning_execution.launch sim:=true
# rviz可以不运行
roslaunch ur3_moveit_config moveit_rviz.launch rviz_config:=$(rospack find ur3_moveit_config)/launch/moveit.rviz
❤ 无论是c++还是python,都可能需要修改CMakeList.txt
添加依赖,如
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS
roscpp
rospy
std_msgs
moveit_ros_planning_interface
moveit_ros_move_group
)
❤ 对于c++,每次运行完成都要catkin_make;
另外建立完c++文件后,需要修改CMakeList.txt
(这里文件名为demo.cpp
)
add_executable(demo_node src/demo.cpp)
target_link_libraries(demo_node ${catkin_LIBRARIES})
❤
sudo chmod +x [文件名].py
然后在py文件开头加上如下语句:
#!/usr/bin/env python
如果其中有中文注释,再加上:
# -*- coding: utf-8 -*-
❤ 运行c++程序的时:
(这个也要看具体CMakeList.txt里的写法,也有可能是rosrun control_robot demo
)
rosrun control_robot demo_node
运行python程序的时:
rosrun control_robot demo.py