datetime:2025/03/05 11:27
author:nzb

IKFast Kinematics Solver

什么是 IKFast？

机器人运动学编译器 IKFast 是罗森戴安科夫公司的 OpenRAVE 运动规划软件中提供的一个功能强大的逆运动学求解器。IKFast 可自动分析任何复杂的运动学链，找出可用于分析求解的常见模式，并生成 C++ 代码来找到这些模式。因此，IKFast 可提供极其稳定的解决方案，在最新的处理器上只需几微秒即可找到。

MoveIt IKFast

MoveIt 提供了使用 OpenRAVE 生成的 cpp 文件为 MoveIt 生成 IKFast 运动学插件的工具。本教程将指导您如何设置机器人以利用 IKFast 的强大功能。MoveIt IKFast 在 ROS Melodic 上使用 6DOF 和 7DOF 机械臂操纵器进行了测试。虽然理论上可行，但 MoveIt IKFast 目前并不支持大于 7 自由度的机械臂。

开始

您应该有一个通过 "设置助手 "为机器人创建的 MoveIt 配置包。

OpenRAVE 是一个与 MoveIt 本身一样复杂的规划框架，安装起来非常棘手，尤其是因为其公开文档已不再维护。幸运的是，personalrobotics 提供了一个基于 Ubuntu 14.04 的 docker 镜像，其中安装了 OpenRAVE 0.9.0 和 ROS Indigo，可用于一次性生成求解器代码。

本教程中提供的命令会自动下载并启动该 Docker 镜像，因此暂时不需要额外的步骤。

创建 IKFast MoveIt 插件

为便于复制和粘贴，我们建议将机器人名称定义为环境变量：

export ROBOT_NAME=my_robot

OpenRAVE 使用 Collada 代替 URDF 来描述机器人。为了自动将机器人的 URDF 转换为 Collada，您需要提供 .urdf 文件。如果您的 .urdf 文件是由 xacro 文件生成的，您可以使用以下命令生成 URDF：

ros2 run xacro xacro -o $MYROBOT_NAME.urdf $MYROBOT_NAME.urdf.xacro

选择 IK 类型

您需要选择要求解的 IK 类型。更多信息请参见本页。最常见的 IK 类型是 transform6d 。

选择规划组

如果您的机器人有多个手臂或 "规划组"，而您希望为其生成 IKFast 求解器，则需要为每个规划组重复以下步骤。以下说明将假定您选择了一个<planning_group_name>。此外，您还需要知道要求解的链条的基础链节和执行器链节的名称。

生成 IKFast Moveit 插件

ros2 run moveit_kinematics auto_create_ikfast_moveit_plugin.sh --iktype Transform6D $MYROBOT_NAME.urdf <planning_group_name> <base_link> <eef_link>

这一过程的速度和成功与否取决于机器人的复杂程度。一个典型的 6 DOF 机械手，在底部或手腕处有 3 个交叉轴，只需几分钟即可生成求解器代码。有关创建过程的详细说明和其他调整，请参阅创建过程的调整。

上述命令会在当前文件夹中创建一个名为 $MYROBOT_NAME_<planning_group_name>_ikfast_plugin 的新 ROS 软件包。因此，您需要重建工作区，以便检测到新软件包：

colcon build

使用

IKFast 插件可以直接替代默认的 KDL IK 求解器，但性能会大大提高。生成器脚本应自动编辑 MoveIt 配置文件，但在某些情况下可能会失败。在这种情况下，您可以使用机器人 kinematics.yaml 文件中的 kinematics_solver 参数在 KDL 和 IKFast 解算器之间进行切换：

orca_left_arm:
  # kinematics_solver: kdl_kinematics_plugin/KDLKinematicsPlugin
  kinematics_solver: orca_orca_left_arm/IKFastKinematicsPlugin   # 注意不是：orca_orca_left_arm_ikfast_plugin/IKFastKinematicsPlugin
  kinematics_solver_search_resolution: 0.0050000000000000001
  kinematics_solver_timeout: 0.0050000000000000001
orca_right_arm:
  # kinematics_solver: kdl_kinematics_plugin/KDLKinematicsPlugin
  kinematics_solver: orca_orca_right_arm/IKFastKinematicsPlugin
  kinematics_solver_search_resolution: 0.0050000000000000001
  kinematics_solver_timeout: 0.0050000000000000001

测试

使用 MoveIt RViz 运动规划插件，并使用交互式标记查看是否找到正确的 IK 解决方案。

更新插件

如果将来 MoveIt 或 IKFast 发生任何变化，您可能需要使用我们的脚本重新生成该插件。为方便起见，我们在您的 IKFast MoveIt 软件包根目录下自动创建了一个名为 update_ikfast_plugin.sh 的 bash 脚本。该脚本将从 OpenRAVE 生成的 .cpp 求解器文件中重新生成插件。

调整创建过程

IKFast MoveIt 插件的创建过程包括几个步骤，由创建脚本逐一执行：

  • 下载由 personalrobotics 提供的 docker 镜像

  • 将 ROS URDF 文件转换为 OpenRAVE 所需的 Collada 文件：ros2 run collada_urdf urdf_to_collada $MYROBOT_NAME.urdf $MYROBOT_NAME.dae

    在将 URDF 文件转换为 Collada 时，有时会出现浮点问题，导致 OpenRAVE 无法找到 IK 解决方案。使用实用脚本，可以轻松地将 .dae 文件中的所有数字舍入到小数点后 n 位。根据经验，我们建议小数点后保留 5 位，但如果 OpenRave ikfast 生成器寻找解决方案的时间过长（比如超过一小时），降低精度应该会有所帮助。例如

      ros2 run moveit_kinematics round_collada_numbers.py $MYROBOT_NAME.dae $MYROBOT_NAME.rounded.dae 5

  • 运行 OpenRAVE IKFast 工具生成 C++ 求解器代码

  • 创建封装生成求解器的 MoveIt IKFast 插件包

auto_create_ikfast_moveit_plugin.sh 脚本会评估输入文件的扩展名，以决定运行哪些步骤。要从任何中间步骤重新运行脚本（例如，在调整了 .dae 文件的精确度后），只需提供前一步骤的相应输出作为输入（.dae 或 .cpp），而不是初始的 .urdf 文件。

问题

问题1：生成插件的时候报错

Running /opt/ros/humble/lib/moveit_kinematics/create_ikfast_moveit_plugin.py "urdfhead1.5.SLDASM" "orca_left_arm" "urdfhead1.5.SLDASM_orca_left_arm_ikfast_plugin" "base_link" "lhand_tcp" "/tmp/ikfast.gqh3Pg/.openrave/kinematics.1bdabd77f9396ebcdbf6b274d52c5ea6/ikfast0x10000049.Transform6D.0_1_3_4_5_6_f2.cpp"
/usr/bin/env: ‘python’: No such file or directory
[ros2run]: Process exited with failure 127
  • 解决

看看是不是本机缺失 python ,如果是 python3 ,链接一下ln /usr/bin/python3 /usr/bin/python

问题2： colcon build 报错

CMake Error at CMakeLists.txt:21 (add_library):
  Target "urdfhead_orca_left_arm_moveit_ikfast_plugin" links to target
  "eigen_stl_containers::eigen_stl_containers" but the target was not found.
  Perhaps a find_package() call is missing for an IMPORTED target, or an
  ALIAS target is missing?
  • 解决
sudo apt install ros-humble-eigen-stl-containers

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