1.MoveIt!系统架构

MoveIt是什么：

• 一个易于使用的集成化开发平台
• 由一系列移动操作的功能包组成：运动规划、操作控制、3D感知、运动学、控制与导航算法
• 提供友好的GUI
• 可应用于工业、商业、研发和其他领域
• ROS社区中使用度排名前三的功能包

系统架构

用户接口(User Interface)

• C++:使用move_group_interface包提供的API
• Python:使用moveit_commander包提供的API
• GUI:使用Moveit!的rviz插件

ROS参数服务器

• URDF:robot_description参数，获取机器人URDF模型的描述信息
• SRDF:robot_description_semantic参数，获取机器人模型的配置信息
• config:机器人的其他配置信息，例如关节限位、运动学插件、运动规划插件

机器人

Topic和Action通信

系统架构

约束条件

• 位置约束：限制link的运动区域
• 方向约束：限制link的运动方向(roll、pitch和yaw)
• 可见性约束：限制link上的某点在某区域内的可见性(通过视觉传感器)
• joint约束：限制joint的运动范围
• 用户定义约束：用户通过回调函数自定义所需的约束条件

适配器

• FixStartStateBounds:修复joint的初始极限
• FixWorkspaceBounds:设置一个默认尺寸的工作空间
• FixStateCollision:修复碰撞配置文件
• FixStatePathConstraints:找到满足约束的姿态作为机器人的初始姿态
• AddTimeParameterization:为空间轨迹进行速度、加速度约束，为每个轨迹点加入速度、加速度、时间等参数

监听信息

• 状态信息(State Information)机器人的关节话题joint_states
• 传感器信息(Sensor Information)机器人的传感器信息
• 外界环境信息(World geometry Information)通过传感器建立的周围环境信息

MoveIt!使用步骤

• 1)组装：创建机器人URDF模型
• 2)配置：使用MoveIt!Setup Assistant工具生成配置文件
• 3)驱动：添加机器人控制器插件(controller)
• 4)控制：MoveIt!控制机器人运动(算法仿真、物理仿真)

2.创建机械臂模型与配置文件

宏定义

link与joint

gazebo属性

可视化

模型可视化

roslaunch marm_description view_arm.launch

启动MoveIt!Setup Assistant

rosrun moveit_setup_assistant moveit_setup_assistant

启动demo

roslaunch marm_moveit_config demo.launch

拖动规划

随机目标点规划

设置初始位姿

加入场景物体

碰撞检测

3.MoveIt!编程练习

编程接口

关节空间规划

关节空间规划例程

roslaunch marm_moveit_config demo.launch 
rosrun marm_planning moveit_fk_demo.py 

工作空间规划

工作空间规划例程

roslaunch marm_moveit_config demo.launch 
rosrun marm_planning moveit_ik_demo.py 

笛卡尔路径规划

工作空间规划例程

roslaunch marm_moveit_config demo.launch 
rosrun marm_planning moveit_cartesian_demo.py _cartesian:=True(走直线) 
rosrun marm_planning moveit_cartesian_demo.py _cartesian:=False(走曲线) 

避障规划

自主避障规划例程

roslaunch marm_moveit_config demo.launch 
rosrun marm_planning moveit_obstacles_demo.py 

4.Gazebo机械臂仿真

关节轨迹控制器

Joint Trajectory Controller

• 线性样条：位置连续，速度、加速度不连续
• 三次样条：位置和速度连续，加速度不连续
• 五次样条：位置、速度、加速度都连续

MoveIt!控制器

启动仿真环境

roslaunch marm_gazebo arm_bringup_moveit.launch 

5.ROS-I框架介绍

将ROS强大的功能应用到工业生产的过程中
为工业机器人的研究与应用提供快捷有效的开发途径
为工业机器人创建一个强大的社区支持
为工业机器人提供一站式的工业级ROS应用开发支持

总体架构

• GUI:ROS中现在已有的UI工具和专门针对工业机器人通用的UI工具
• ROS Layer:ROS基础框架，提供核心通信机制
• MoveIt!Layer:为工业机器人提供规划、运动学等核心功能的解决方案
• ROS-I Application Layer:处理工业生产的具体应用，目前也是针对未来的规划
• ROS-I Interface Layer:接口层，工业机器人的客户端，通过simple message协议与机器人的控制器通信
• ROS-I Simple Message Layer:通信层，定义了通信的协议，打包和解析通信数据
• ROS-I Controller Layer:机器人厂商开发的工业机器人控制器

sudo apt-get install ros-kinetic-industrial-core 

基于ROS-I框架的应用(Kungfu Arm)