ROS機械臂 Movelt 學習筆記1 | 基礎準備

環境：Ubuntu18.04 + ROS Melodic

1. 安裝ROS

官網下載安裝步驟：http://wiki.ros.org/melodic/Installation/Ubuntu

一鍵安裝的快捷方式：

wget http://fishros.com/install -O fishros && bash fishros

保證自己的ROS可以使用，可以按照官網進行小烏龜測驗，

2. 安裝 movelt

Movelt 并沒有直接附帶在 ROS中，需要自行安裝：

sudo apt install ros-melodic-moveit

如果是更高版本（其他版本）則安裝對應的moveit. 比如Ubuntu20.04對應的是ROS Noetic .也可以直接從原始碼下載：https://moveit.ros.org/install/source/

3. 下載例程

如果你的手頭沒有現成的素材，可以從tutorial下載，首先我們建立一個作業空間用于 ROS程式的開發，后面會介紹ROS檔案空間的結構，

mkdir ~/ARM/ws_moveit/src
cd ~/ARM/ws_moveit/src
git clone https://github.com/ros-planning/moveit_tutorials.git -b melodic-devel
git clone https://github.com/ros-planning/panda_moveit_config.git -b melodic-devel

安裝一些必要的依賴：

cd ~/ARM/ws_moveit/src
rosdep install -y --from-paths . --ignore-src --rosdistro melodic

設定作業空間

cd ~/ARM/ws_moveit
catkin config --extend /opt/ros/${ROS_DISTRO} --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
catkin build

重繪作業空間，使其能夠正常作業：

source ~/ARM/ws_moveit/devel/setup.bash

也可以將這句話寫入 bashrc 檔案，使其自動執行，就不需要每次都 source 了：

echo 'source ~/ARM/ws_moveit/devel/setup.bash' >> ~/.bashrc

4. Rviz 初試

上手 MoveIt 的最快方法就是通過 RViz 插件，Rviz 是 ROS 中的主要可視化工具，也是除錯機器人非常有用的工具，MoveIt Rviz插件可以設定虛擬環境（場景），以互動方式創建機器人的開始和目標狀態，測驗各種運動規劃器，并以可視化的方式輸出，

在前3步中我們已經做好了初始化的準備，下面我們看一看rviz插件的相關操作，

4.1 Launch the Demo and Configure the Plugin

運行 panda_moveit_config 的 demo launch檔案：

cd ~/ARM/ws_moveit
source devel/setup.bash
roslaunch panda_moveit_config demo.launch rviz_tutorial:=true

這里我們提前使用 panda_moveit_config 包，這個包是封裝了機械結構和運動動力學的機器人模型，后面會將介紹這個包是怎么來的，

如果是第一次運行，將會看到以下界面：

點擊左下角的 Add，選擇 MotionPlanning，點擊 OK，看到機器人模型，

當這個機器人模型被加載出來后，我們就可以繼續配置這個機器人，

在左側自上向下依次設定：

1. Global Options中，Fixed Frame 設定為 /panda_link0
2. MotionPlanning 中
   • Robot Description 設定為 robot_description
   • Planning Scene Topic 設定為 /planning_scene
   • Planning Request 中，將 Planning Group 設定為 panda_arm，
   • Planning Path 中，將 Trajectory Topic 設定為 /move_group/display_planned_path

4.2 機器人可視化設定

Rviz 中有四種顯示模式：

1. 機器人在 /planning scene 規劃環境中的配置（默認情況下處于活動狀態），
2. 機器人的規劃路徑（默認情況下處于活動狀態），
3. 綠色：運動規劃的開始狀態（默認情況下禁用），
4. 橙色：運動規劃的目標狀態（默認情況下處于活動狀態），

可以通過選擇框來打開關閉各個可視化狀態：

1. 使用 "Scene Robot" 選項卡中的 "Show Robot Visual"顯示機器人規劃場景，
2. 使用 "Planned Path" 選項卡中的 "Show Robot Visual" 復選框顯示規劃路徑，
3. 使用 "Planning Request" 選項卡中的 "Query Start State" 復選框顯示開始狀態，
4. 使用 "Planning Request" 選項卡中的 "Query Goal State" 復選框顯示目標狀態，

通過這些選項卡的打開關閉可以顯示不同的可視化效果，

4.3 與Panda機械臂互動

接下來我們只打開 Planned Path、Start State 以及 Goal State. 不打開 Scene Robot ，現在可以看到機械臂呈現橘色，

即作如下的可視化勾選設定：

• 勾選Planned Path-Show Robot Visual
• 取消勾選Scene Robot-Show Robot Visual
• 勾選Planning Request-Query Goal State
• 勾選Planning Request-Query Start State

現在應該有兩個互動標記 (interactive markers)：

• 橙色手臂標記用于表示運動規劃的“目標狀態”，

• 綠色手臂標記用于表示運動規劃的“開始狀態”，

• 如果看不到互動標記，請按RViz頂部選單中的 "Interact".

  注意：某些工具可能是被隱藏了，請按頂部選單中的 "+" 以添加互動工具，

現在，就能夠使用這些標記來拖動手臂并更改其狀態：比如拖動手臂到達某個位置：

4.3.1 碰撞狀態

Collision. 當試圖移動機械臂的某個關節與其他部分發生碰撞時，碰撞的兩個部分將變為紅色，

在 "Planning" 選項卡下的 MotionPlanning 插件中找到的 "Use Collision-Aware IK" 復選框允許您切換IK解算器的行為，勾選該復選框后，解算器將不斷嘗試為所需末端效應器位姿尋找無碰撞解決方案，

會比之前優雅很多，但還是會碰撞，只是少了很多可能，

未選中這個選項卡時，解算器會允許有碰撞的解，

無論復選框的狀態如何，碰撞的兩個部分依然以紅色顯示，

4.3.2 移出可達作業空間

由于joint的角度限值和關節的固定長度，目標點局限在一個有效的空間（workspace）內， 對于出界的目標點，求解器將無法求出解，

4.4 使用 Motion Planning

現在可以通過 Motion Planning 讓機械臂規劃運動，

• 點中Start State 拖到想要的起始位置；
• 點中Goal State 拖到想要的目標位置；
• 檢查起始和目標狀態下都沒有碰撞；
• 確保在Planned Path選項卡中勾選Planned Path；

在 MotionPlanning 插件的 Planning 中點擊Plan按鈕， 可以看到機械臂運動的軌跡，

4.5 查看軌跡點

在 Rviz 中通過 slider 查看運動軌跡點，

• 在Panels選單中選擇MotionPlanning - Slider，在左邊會出現一個滑塊，

  Panels在Rviz中最上面的file那一行，

• 設定目標狀態，點擊Plan

• 拖動滑塊可以查看軌跡點，

注意，當你把機械臂放到一個新的目標時，先執行 Plan 再執行 slider 中的 Play，否則看到的還是上一次執行的軌跡點，

4.6 保存設定

File->Save Config
# 給自己的配置命名，比如 tryPanda.rviz

這樣下次打開Rviz，可以通過File->Open 呼叫保存的配置，

即，下次運行 roslaunch panda_moveit_config demo.launch ，就可以繼續上面的配置進行操作，不必從頭再來，

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