機器人操作系統(tǒng)（ROS）課件10.2MoveIt!的使用

機器人操作系統(tǒng)（ROS）機器人操作系統(tǒng)（ROS）MoveIt!的使用10.2機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.1MoveIt!系統(tǒng)架構MoveIt!系統(tǒng)架構如圖所示，內容參考官方文檔概念說明。move_group是MoveIt!的核心節(jié)點，能夠將其他的功能組件綜合在一起為用戶提供ROS中的動作指令和服務，其本身并不具備強大豐富的功能，依靠各種功能包和插件的集成，通過服務或消息的方式接收機器人發(fā)出的消息和機器人的TF坐標變換。MoveIt!系統(tǒng)架構機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.1MoveIt!系統(tǒng)架構

用戶可以通過如下三種方式訪問move_group提供的操作和服務：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)服務器來獲取以下三種信息：URDF：在ROS參數(shù)服務器上查找robot_description參數(shù)，以獲取機器人模型的描述信息。SRDF：在ROS參數(shù)服務器上查找robot_description_semantic參數(shù)，以獲取機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：機器人的其他配置信息，包括關節(jié)限制、運動學、運動規(guī)劃、感知和其他信息。機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.1MoveIt!系統(tǒng)架構運動規(guī)劃（Motionplanning）就是在將機器人從初始姿態(tài)和位置移動到目標姿態(tài)和位置的過程中，避開環(huán)境中的障礙物并防止自身碰撞的一種算法MoveIt!通過插件機制（plugininterface）與運動規(guī)劃器（motionplanner）進行交互，可以使用多個庫的不同運動規(guī)劃器，使得MoveIt!擴展性更強。MoveIt!中包含有多種運動規(guī)劃器，包括基于采樣的運動規(guī)劃器OMPL（move_group默認使用），基于搜索的運動規(guī)劃器SBPL和基于最優(yōu)化的運動規(guī)劃器CHOMP等。運動規(guī)劃器結構如圖所示，運動規(guī)劃請求需要根據(jù)實際情況設置一些約束條件：①位置約束：限制link的空間區(qū)域。②方向約束：限制link的運動方向（滾轉、俯仰和偏航）。③可見性約束：限制link上的某個點在某個區(qū)域的可見性。④關節(jié)約束：限制關節(jié)的運動范圍。⑤用戶指定約束：用戶通過回調函數(shù)定義約束條件。運動規(guī)劃器結構機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.1MoveIt!系統(tǒng)架構規(guī)劃場景用于重現(xiàn)機器人的周圍狀態(tài)以及機器人的自身姿態(tài)。這一功能主要由規(guī)劃場景監(jiān)聽器（PlanningSceneMonitor）實現(xiàn)，如圖所示：規(guī)劃場景框圖機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂運行如下命令安裝MoveIt!，如圖所示：$sudoapt-getinstallros-melodic-moveit*安裝MoveIt!機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂

MoveIt!配置助手（SetupAssistant）是一個使用MoveIt!配置機器人的圖形界面，主要功能是產(chǎn)生機器人的SRDF文件，另外還產(chǎn)生其他配置文件，從而創(chuàng)建一個MoveIt!配置的功能包，完成機器人的配置、可視化和仿真等工作。運行如下命令，啟動設置助手，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。機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂點擊按鍵“CreateNewMoveItConfigurationPackage”后，點擊“Browse”按鈕，加入相關模型，模型位置：robot_arm/robot_arm_description/urdf（需將本書對應代碼拷貝至工作空間并進行編譯），點擊“LoadFiles”完成模型加載，如圖所示。加載機械臂模型機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂點擊“Self-Collisions”，配置自碰撞矩陣，如圖所示。默認的自碰撞矩陣生成器搜索機械臂所有關節(jié)，這個碰撞免檢矩陣是可以安全地關閉檢查，從而減少行動規(guī)劃的處理時間。采樣密度指定了多少個隨機機械臂位置來檢查碰撞，默認10000個碰撞檢查。可點擊“GenerateCollisionMatrix”自動完成設置。配置自碰撞矩陣機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂點擊“VirtualJoints”，分配機械臂的虛擬關節(jié)，如圖所示。這里定義機械臂與世界坐標系的關系，把機械臂關節(jié)固定到某個物體上，例如機械臂有一個滑動底座，可以將機械臂的底座與里程計（odom）通過一個關節(jié)連接，此時機械臂就可以在二維平面滑動。這里用不上，直接跳過。分配機械臂虛擬關節(jié)機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂點擊“PlanningGroups”，配置機械臂的規(guī)劃群組，如圖所示。規(guī)劃組可以將機械臂劃分為不同的組，例如機械臂本身和夾爪部分。運動規(guī)劃會針對這一個組完成運動規(guī)劃，在配置過程中還可以選擇運動學解析器。配置機械臂的規(guī)劃群組機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂點擊“AddGroup”，按照圖所示內容進行配置，其中：GroupName：規(guī)劃組的名稱。KinematicSolver：配置針對運動規(guī)劃的運動學求解器，選擇的是kdl的運動規(guī)劃器插件。Kin.SearchResolution：關節(jié)空間的采樣密度。Kin.SearchTimeout（sec）：超時時間。創(chuàng)建機械臂arm組機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂點擊“AddKin.Chain”，設置運動學計算中需包含的link，如圖所示。具體設置如下：BaseLink：base_linkTipLink：grasping_frame添加運動學工具鏈機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂點擊“AddGroup”，為機械臂夾爪創(chuàng)建如圖所示的的gripper組。

創(chuàng)建機械臂夾爪的gripper組機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂將“finger_joint1”和“finger_joint2”加入到右側的列表中，如圖所示。選中“gripper”目錄下的“Joints”，點擊“EditSelected”，如圖所示。進入gripper組中的joint進行配置設置gripper組中的joint機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂配置完成后，主配置界面如圖所示。點擊“RobotPoses”，定義機械臂的位姿。點擊“AddPose”，首先設置機械臂的初始位姿，如圖所示。主配置界面設置機械臂位姿機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂位姿設置完成后會出現(xiàn)如圖所示的界面。通過更改相關的joint參數(shù)，設置機械臂的第二個位姿，如圖所示。設置機械臂第二個位姿機械臂位姿配置完成機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂點擊“EndEffectors”，配置機械臂的夾爪，如圖所示。機械臂夾爪配置

點擊“PassiveJoints”，如圖所示，這里是配置不能驅動的關節(jié)，這些關節(jié)不需要MoveIt！對其進行規(guī)劃和控制。由于本實驗沒有類似關節(jié)，所以無需配置。PassiveJoints配置機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.2如何使用MoveIt!配置助手配置機械臂點擊“AuthorInformation”，設置作者信息。點擊“ConfigurationFiles”，生成配置文件。選擇一個保存路徑，配置助手將所有配置的文件打包成一個功能包（自行命名）進行保存，保存成功后點擊“ExitSetupAssistant”即可退出配置助手，如圖10-36所示。生成配置文件機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.3啟動MoveIt!

使用MoveIt!配置助手配置完成后，會在相應的路徑下生成名為“robot_arm_config”的功能包，包含了大部分控制機械臂所需的啟動和配置文件。運行如下命令，測試配置是否成功，如圖所示：

$roslaunchrobot_arm_configdemo.launch運行demo.launch通過運動規(guī)劃面板可以控制機械臂完成拖動規(guī)劃、隨機目標規(guī)劃等功能。機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.3啟動MoveIt!

拖動機械臂的前端改變機械臂的姿態(tài)，點擊“Planning”下的“Plan&Execute”，Moveit!開始規(guī)劃路徑，控制機械臂向目標位置移動，如圖所示。拖動規(guī)劃機器人操作系統(tǒng)（ROS）10.2.3啟動MoveIt!

點擊“Query”下的“GoalState”的下拉選項，選擇“randomvalid