datetime:2025/02/21 18:48
author:nzb

机械臂设置助手

概述

MoveIt 设置助手是一个图形用户界面，用于配置任何机器人，以便与 MoveIt 配合使用。 其主要功能是为机器人生成一个语义机器人描述格式（SRDF）文件，其中指定了MoveIt所需的其他信息，如规划组、末端效应器和各种运动学参数。 此外，它还能生成其他必要的配置文件，供 MoveIt 管道使用。 要使用 MoveIt 设置助手，您需要为机器人准备一个 URDF 文件

一旦有了 URDF 文件，您就可以打开 MoveIt 设置助手并导入 URDF。 本教程将通过一系列步骤指导您配置机器人的各个方面，如定义运动学结构、指定规划组和末端效应器以及碰撞检查相关设置。 要了解有关 URDF 和 SRDF 的更多信息，请参阅 URDF 和 SRDF 概述页面。

使用步骤

我们使用 moveit_resources_panda_description 包。如果您已完成 MoveIt 安装说明，此包应该已包含在您的工作区中。

步骤1：开始

  • 启动
ros2 launch moveit_setup_assistant setup_assistant.launch.py

  • 新建：Create New MoveIt Configuration Package -> Browse -> 选择urdf -> Load Files
  • 编辑已有的包：选择包文件夹

步骤2：生成自碰撞矩阵

默认的 "自碰撞矩阵 "生成器可通过禁用机器人上已知安全的链接对的碰撞检查，帮助减少运动规划时间。 具体方法是确定哪些链接对始终处于碰撞状态、从不处于碰撞状态、在机器人默认位置处于碰撞状态或在运动学链上彼此相邻。

您可以设置抽样密度，它决定了对多少个随机机器人位置进行自碰撞检查。 虽然生成器默认检查 10,000 个随机位置，但建议使用最大采样密度值，以确保获得更精确的结果。 碰撞检查是并行进行的，以减少生成碰撞矩阵的整体处理时间。

要生成碰撞矩阵，请选择 MoveIt 设置助手左侧的 "Self-Collisions" 窗格，并调整自碰撞采样密度。 然后点击 "Generate Collision Matrix"按钮启动计算。 设置助手需要几秒钟来计算自碰撞矩阵，其中包括检查可以安全禁用碰撞检查的链路对。

计算完成后，结果将显示在主表中。 该表显示了通过碰撞检查确定为安全或不安全的链路对。 安全禁用的链路用复选标记标出。 您可以根据需要手动调整复选标记，以启用或禁用特定链路对的自碰撞检查。

步骤3：添加虚拟关节

虚拟关节主要用于连接机器人与世界。 熊猫机械臂是一个固定基座的机械手，定义一个固定虚拟关节是可选的。 不过，我们将定义一个固定虚拟关节，将机械臂的 panda_link0 连接到世界帧。 这个虚拟关节表示手臂的基座在世界帧中保持静止。

  • 点击左侧Virtual Joints -> Add Virtual Joint
  • 设置关节名称virtual_joint.
  • 设置子帧 panda_link0 和父帧world
  • 设置类型为fixed
  • 点击Save保存

虚拟关节对具有移动基座的机器人（如移动机械手）尤其有益。 虚拟关节可以模拟机器人底座的运动，这对运动规划和控制至关重要。 例如，虚拟平面关节可用于连接机器人底座框架和里程测量框架，从而有效地表示机器人在环境中的运动。

步骤4：设置规划组

MoveIt 中的规划组从语义上描述了机器人的不同部分，如手臂或末端效应器，以方便进行运动规划。

移动组可配置为与机器人上的特定运动链相对应，运动链是一组链接和关节，定义了从机器人底座到末端效应器的转换序列。 例如，可以定义一个移动组来表示机器人的手臂，它由移动手臂所需的所有链接和关节组成。

移动组也可以由机器人上对应的链接或关节集来表示。 例如，可以定义一个移动组来表示机器人的抓手，该组由所有必要的链接或关节组成，它们一起移动以实现抓手的打开或关闭动作。

  • 点击左侧Planning Groups -> Add Group

  • 添加手臂为一个规划组
    • 设置组名称panda_arm
    • 选择kdl_kinematics_plugin/KDLKinematicsPlugin作为运动学求解器，这是Moveit默认的，你也可以选择IKFast 或 pick_ik.
    • Kin. Search Resolution和Kin. Search Timeout保持默认值

  • 现在，点击Add Joints按钮。 你将看到左侧的关节列表。 您需要选择属于手臂的所有关节，并将它们添加到右侧。 关节将按照内部树形结构中的存储顺序排列。 这样就可以方便地选择一系列关节。
    • 点击 virtual_joint，按住键盘上的 Shift 键，然后点击 panda_joint8。 现在点击 > 按钮，将这些关节添加到右侧的 "已选关节 "列表中。

  • 点击Save保存

  • 添加末端执行器为一个规划组

末端执行器并不是由连接成串行链的链节组成的。 因此，该组的运动学求解器Kinematic Solver应设置为 "无"。

  • 末端执行器设置步骤
    • 点击Add Groups按钮。
    • 设置组名称hand。
    • 保持Kinematic Solver为默认值None。
    • 保持Kin. Search Resolution和Kin. Search Timeout为默认值。
    • 点击Add Links按钮。
    • 选择panda_hand，panda_leftfinger和panda_rightfinger，并将它们添加到右侧的Selected Links列表中。
    • 点击Save保存。

  • 手臂和末端执行器都添加完成后，效果如下

通过添加子组（Add Subgroup）选项，可以建立由其他移动组组成的移动组。 在需要同时控制多个移动组的情况下，例如在规划多臂系统的同步运动时，这样做会很有帮助。

步骤5：添加机器人位姿

设置助手允许您在机器人配置中添加预定义姿势，这对于定义特定的初始姿势或准备姿势非常有用。 之后，可以使用 MoveIt API 命令机器人移动到这些姿势。

  • 点击左侧Robot Poses
  • 点击Add Pose，设置名称为ready，并设置关节值为{0.0, -0.785, 0.0, -2.356, 0.0, 1.571, 0.785}，- 注意位姿是与特定规划组关联的。 您可以为每个组保存单独的姿势。点击Save保存

    重要提示：尝试移动所有关节。 如果您的 URDF 中的关节限制有问题，您应该可以在这里立即看到。

  • 添加一个末端执行器位姿，选择hand规划组，设置名称为open，并设置关节值为{0.035}，点击Save保存

  • 添加一个末端执行器位姿，选择hand规划组，设置名称为close，并设置关节值为{0.0}，点击Save保存

只有 panda_finger_joint1 出现在列表中，因为 panda_finger_joint2 模拟了它的值。

  • 添加完成后，效果如下

步骤6：标签末端效应器

既然我们已经将熊猫的手添加为一个移动组，那么我们就可以将它指定为终端执行器。 将一个移动组指定为末端执行器后，MoveIt 就可以对其执行某些特殊操作。 例如，在执行拾放任务时，末端执行器可用于将物体附着在手臂上。

  • 点击End Effectors标签页
  • 点击Add End Effector按钮
  • 设置名称为hand
  • 选择hand作为末端执行器组
  • 选择panda_link8作为末端执行器父链接
  • Parent Group保持为空
  • 点击Save保存

步骤7：添加被动关节

被动关节窗格用于指定机器人中可能存在的任何被动关节。 这些关节是无驱动的，也就是说无法直接控制。 指定被动关节非常重要，这样规划人员才能意识到它们的存在，并避免为它们进行规划。 如果规划器不知道被动关节的存在，它们可能会尝试规划涉及移动被动关节的轨迹，这将导致规划无效。 熊猫机器人手臂没有任何被动关节，因此我们将跳过这一步。

步骤8： ros2_control修改 URDF

ros2_control URDF 修改窗格有助于修改机器人 URDF，以便与 ros2_control 配合使用。

如果机器人的 URDF/xacro 已包含 ros2_control.xacro，则可跳过此步骤。

此修改为已定义的移动组中的每个关节添加了命令和状态接口标签。 命令接口（command_interface）标签定义了可用于控制关节的命令类型。 state_interface 标签定义了可从关节读取的状态信息类型。

在默认情况下，MoveIt 设置助手会选定命令界面中的位置以及状态界面的位置和速度，我们将继续进行此设置。

如有必要，为机器人关节选择所需的命令或状态接口，然后单击 "Add Interfaces"按钮。

步骤9：ROS2 Controllers

ROS2 Control是一个用于实时控制机器人的框架，旨在管理和简化新机器人硬件的集成。 更多详情，请参阅 ros2_control 文档。 ROS2 控制器窗格可用于自动生成模拟控制器，以驱动机器人关节。

  • 点击ROS 2 Controllers标签页
  • 点击Add Controller按钮
  • 设置名称为panda_arm_controller
  • 选择joint_trajectory_controller/JointTrajectoryController作为控制类型

  • 接下来，我们需要选择控制器关节。关节可以单独添加，也可以通过移动组添加。
  • 点击Add Planning Group Joints
  • 选择panda_arm组，点击>添加到Selected Groups
  • 点击Save保存

  • 添加手控制器
  • 跟手臂一样，但是控制器类型选择position_controllers/GripperActionController

  • 选择hand组，点击>添加到Selected Groups
  • 点击Save保存

  • 最终效果

步骤10：MoveIt Controllers

MoveIt 需要带有 FollowJointTrajectoryAction 接口的轨迹控制器来执行计划轨迹。 该接口将生成的轨迹发送至机器人 ROS2 控制器。

MoveIt Controllers 面板可用于自动生成 MoveIt 控制器管理器使用的控制器。 确保控制器名称与之前 ROS2 控制器步骤中配置的名称一致。 此步骤的用户界面与前一步类似。

  • 添加手臂控制器
    • 点击MoveIt Controllers面板
    • 点击Add Controller按钮
    • 设置Controller Name为panda_arm_controller
    • 选择FollowJointTrajectory作为控制器类型
    • 点击Add Planning Group Joints（也可单独添加关节）
    • 选择panda_arm组，点击>添加到Selected Groups
    • 点击Save保存

  • 添加手控制器
    • 点击Add Controller按钮
    • 设置Controller Name为hand_controller
    • 选择Gripper Command作为控制器类型
    • 点击Add Planning Group Joints（也可单独添加关节）
    • 选择hand组，点击>添加到Selected Groups
    • 点击Save保存

  • 最终效果

步骤11：感知

配置助手中的 "感知 "选项卡用于配置机器人使用的 3D 传感器的设置。 这些设置保存在名为 sensors_3d.yaml 的 YAML 配置文件中。 如果不需要 sensors_3d.yaml，请选择 "无 "并进入下一步。

要生成 point_cloud 配置参数，请参阅下面的示例：

该配置不适用于熊猫机械臂，因为它没有头戴式 kinect 摄像头。

有关这些参数的更多详情，请参阅 Perception Pipeline 教程。

步骤12：启动文件

在 "启动文件 "窗格中，您可以查看将生成的启动文件列表。 默认选项通常就足够了，但如果您对自己的应用程序有特殊要求，可以根据需要进行更改。 点击每个文件可查看其功能摘要。

步骤13：添加作者信息

Colcon 要求提供作者信息以便出版。 点击 "作者信息 "窗格，输入您的姓名和电子邮件地址。

步骤14：生成配置文件

  • 点击 "Configuration Files"窗格。 为即将生成的包含新配置文件的 ROS2 软件包选择位置和名称。 点击 "Browse"，选择一个合适的位置（例如，你的 ROS2 工作区的 src 目录），点击 "Create Folder"，将其命名为 panda_moveit_config，然后点击 "打开"。 所有生成的文件将直接进入你选择的目录。

  • 单击 "Generate Package"按钮。 现在，安装助手将在您选择的目录下生成一组启动和配置文件。 所有生成的文件都将显示在 "待生成文件 "选项卡中，您可以点击每个文件查看它们的说明。 有关生成文件的更多信息，请参阅文档中的 "[配置(https://moveit.picknik.ai/main/doc/examples/examples.html)]"部分。

编译运行

cd ~/ws_moveit2
colcon build --packages-select panda_moveit_config
source install/setup.bash

ros2 launch panda_moveit_config demo.launch.py

更多阅读

  • 使用 RViz 开始 MoveIt 运动规划 了解如何在 RViz 中使用生成的配置文件来规划和可视化 MoveIt 运动。 请查看Rviz中的MoveIt快速入门教程，以获取分步指南。

  • 编写您的第一个C++ MoveIt应用程序 通过本教程，编写您的第一个使用MoveIt的C++应用程序，熟悉MoveGroupInterface，并使用它来规划、执行和可视化本示例中的机器人运动规划。

  • URDF与SRDF： 了解区别 请参阅URDF和SRDF页面，了解本教程中提到的URDF和SRDF组件的更多详情。

  • 探索可用的逆运动学求解器 除了默认的KDL求解器之外，还有其他可用的IK求解器。 更多信息，请参阅 IKFast 和 pick_ik。

问题

问题1：urdf 文件的 robot name 不要有反斜杠

<!-- <robot name="manipulator_bringup/urdf/6dof"> -->   // 错误形式，生成的配置文件会因为反斜杠无法运行
<robot name="orca">
  <link name="world"/>
</robot>

问题2

[rviz2-3] [ERROR] [1740131601.699043749] [rviz2]: PluginlibFactory: The plugin for class 'moveit_rviz_plugin/MotionPlanning' failed to load. Error: Failed to load library /opt/ros/humble/lib/libmoveit_motion_planning_rviz_plugin.so. Make sure that you are calling the PLUGINLIB_EXPORT_CLASS macro in the library code, and that names are consistent between this macro and your XML. Error string: Could not load library dlopen error: libgeometric_shapes.so.2.3.2: cannot open shared object file: No such file or directory, at ./src/shared_library.c:99

sudo apt-get install ros-humble-geometric-shapes

问题3

[move_group-2] [INFO] [1740367651.336574261] [moveit_move_group_default_capabilities.execute_trajectory_action_capability]: Received goal request
[move_group-2] [INFO] [1740367651.336648863] [moveit_move_group_default_capabilities.execute_trajectory_action_capability]: Execution request received
[move_group-2] [INFO] [1740367651.336665992] [moveit.plugins.moveit_simple_controller_manager]: Returned 0 controllers in list
[move_group-2] [INFO] [1740367651.336671698] [moveit.plugins.moveit_simple_controller_manager]: Returned 0 controllers in list
[move_group-2] [INFO] [1740367651.336679820] [moveit.plugins.moveit_simple_controller_manager]: Returned 0 controllers in list
[move_group-2] [INFO] [1740367651.336683029] [moveit.plugins.moveit_simple_controller_manager]: Returned 0 controllers in list
[move_group-2] [ERROR] [1740367651.336686973] [moveit_ros.trajectory_execution_manager]: Unable to identify any set of controllers that can actuate the specified joints: [ rjoint1 rjoint2 rjoint3 rjoint4 rjoint5 rjoint6 rjoint7 ]
[move_group-2] [ERROR] [1740367651.336690596] [moveit_ros.trajectory_execution_manager]: Known controllers and their joints:

# MoveIt uses this configuration for controller management

moveit_controller_manager: moveit_simple_controller_manager/MoveItSimpleControllerManager

moveit_simple_controller_manager:
  controller_names:
    - orca_right_arm_controller

  orca_right_arm_controller:
    type: FollowJointTrajectory
    joints:
      - rjoint1
      - rjoint2
      - rjoint3
      - rjoint4
      - rjoint5
      - rjoint6
      - rjoint7
    # 添加下面两行
    action_ns: follow_joint_trajectory  
    default: true

问题4

  • Plan规划后动画一直播放
  • 解决：rviz2 中取消勾选 MotionPlanning -> Planed Path -> Loop Animation

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