python 3D机械臂仿真 机械臂ros仿真

一、.ROS中的控制器插件

1.ros_control是什么？

　　1）为开发者提供的机器人控制中间件；

　　2）包含一系列控制器接口、传动装置接口、硬件接口、控制器工具等；

　　3）可以帮助机器人应用功能包快速落地。

 

　　控制器管理：提供一种通用的借口来管理不同的控制器

　　控制器：读取硬件状态，发布控制指令，完成每个joint的控制

　　硬件资源：为上下两层提供硬件资源的接口

　　机器人硬件抽象：机器人硬件抽象和硬件资源直接打交道，通过write和reaf方法完成硬件操作

　　真实机器人：执行接收到的命令

2.控制器（Controllers）：

　　joint_state_controller：监控机器人状态

　　joint_effort_controller

　　joint_position_controller：最常用！

　　joint_velocity_controller

 

二、完善机器人模型

1）为Link添加惯性参数和碰撞属性（注意物理参数，这里将质量设置的很小，惯性设置的较大，让我们仿真稳定）

2）为joint添加传动装置

3）添加gazebo控制器插件

启动：可能会出现PID增益不存在的报错，需要修改参数配置的形式

roslaunch probot_gazebo probot_anno_gazebo_world.launch

三、构建MoveIt!+Gazebo仿真

划重点！！！

 

Joint Trajectory Controller :

接收action发来的trajecotry轨迹，并完成每个轴的插补运算，让每个轴动起来

　　1）参数配置，配置控制器arm_joint_conotroller的类型、关节、增益等参数

probot_anno:
  arm_joint_controller:
    type: "position_controllers/JointTrajectoryController"
    joints:
      - joint_1
      - joint_2
      - joint_3
      - joint_4
      - joint_5
      - joint_6

    gains:
      joint_1:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}
      joint_2:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}
      joint_3:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}
      joint_4:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}
      joint_5:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}
      joint_6:   {p: 1000.0, i: 0.0, d: 0.1, i_clamp: 0.0}

　　2）控制器启动，probot_anno_trajectory_controller.launch，启动了一个arm_joint_controller控制器

<launch>

    <rosparam file="$(find probot_gazebo)/config/probot_anno_trajectory_control.yaml" command="load"/>

    <node name="arm_controller_spawner" pkg="controller_manager" type="spawner" respawn="false"
          output="screen" ns="/probot_anno" args="arm_joint_controller"/>

</launch>

　　插补运算提供了三种算法（默认使用五次样条）：

　　　　1）线性样条：位置连续、速度、加速度不连续

　　　　2）三次样条：位置和速度连续，加速度不连续

　　　　3）五次样条：位置、速度、加速度都连续

Joint State Controller:

　　监控关节实时状态

　　1）参数配置，设置发布频率50hz,即20ms一次

probot_anno:
  # Publish all joint states -----------------------------------
  joint_state_controller:
    type: joint_state_controller/JointStateController
    publish_rate: 50

　　2）控制器启动，probot_anno_gazebo_states.launch，与上面的类似

<launch>
    <!-- 将关节控制器的配置参数加载到参数服务器中 -->
    <rosparam file="$(find probot_gazebo)/config/probot_anno_gazebo_joint_states.yaml" command="load"/>

    <node name="joint_controller_spawner" pkg="controller_manager" type="spawner" respawn="false"
          output="screen" ns="/probot_anno" args="joint_state_controller" />

    <!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf  -->
    <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher"
        respawn="false" output="screen">
        <remap from="/joint_states" to="/probot_anno/joint_states" />
    </node>

</launch>

　　注意区分joint_state_publisher和robot_state_publisher

Follow Joint Trajectory

　　封装trajectory成action，并发出去

　　1）参数配置，注意这个文件是在MoveIt!中的probot_annp_moveit_config功能包中，这个文件将会被probot_anno_moveit_controller_manager.launch加载，启动时会自动启动这个controller

 

controller_manager_ns: controller_manager
controller_list:
  - name: probot_anno/arm_joint_controller
    action_ns: follow_joint_trajectory
    type: FollowJointTrajectory
    default: true
    joints:
      - joint_1
      - joint_2
      - joint_3
      - joint_4
      - joint_5
      - joint_6

 

probot_annp_moveit_config功能包中，后缀.xml没有用！

 

<launch>
    <arg name="moveit_controller_manager" default="moveit_simple_controller_manager/MoveItSimpleControllerManager"/>
    <param name="moveit_controller_manager" value="$(arg moveit_controller_manager)"/>

    <!-- gazebo Controller -->
    <rosparam file="$(find probot_anno_moveit_config)/config/controllers_gazebo.yaml"/>

</launch>

 

最终的launch文件：

<launch>
  
    <!-- Launch Gazebo  -->
    <include file="$(find probot_gazebo)/launch/probot_anno/probot_anno_gazebo_world.launch" />

    <!-- ros_control arm launch file -->
    <include file="$(find probot_gazebo)/launch/probot_anno/probot_anno_gazebo_states.launch" />   

    <!-- ros_control trajectory control dof arm launch file -->
    <include file="$(find probot_gazebo)/launch/probot_anno/probot_anno_trajectory_controller.launch" />

    <!-- moveit launch file -->
    <include file="$(find probot_anno_moveit_config)/launch/moveit_planning_execution.launch" />

</launch>

　　这边最后调用的moveit_planning_execution.launch包含了很多文件的，需要仔细分析

实际运行：

roslaunch probot_gazebo probot_anno_bringup_moveit.launch

 

 　　观察trajectory数据：

rostopic echo /probot_anno/arm_joint_controller/follow_joint_trajectory/goal

　　数据格式为：关节空间的轨迹，可以进行细插补

 

　　观察每个关节位置的曲线

rosrun rqt_plot rqt_plot
订阅/probot_anno/joint_states/position[5]

 

 　　最后，尴尬的是仿真了40几分钟的时候，gazebo中的机械臂翻了，应该是重力的影响，可以尝试把底座固定在地面上，添加一个固定关节。