《鸿蒙机器人编程》课件-5-机器人操作平台MoveIt

机器人操作平台MoveIt！课程内容1.工业机器人简介2.MoveIt！系统架构简介3.ROS机械臂URDF建模4.MoveIt！机械臂可视化控制5.uArm可视化控制实验2©NXROBO20221.工业机器人简介——定义©NXROBO20223工业机器人定义ISO8373：anautomaticallycontrolled,reprogrammable,multipurposemanipulatorprogrammableinthreeormoreaxes,whichcanbeeitherfixedinplaceormobileforuseinindustrialautomationapplicationsGB/T12643：某操作机（Manipulator）是自动控制的，可重复编程、多用途，并可对三个及三个以上轴进行编程。它可以是固定式或移动式。在工业自动化中使用。机器人包括操作机（含驱动器）和控制系统（硬件和软件）操作机：是一种机器，其通常是由一系列相互铰接或相对滑动的构件所组成。它通常有几个自由度，用以抓取或移动物体（工具或工件）1.工业机器人简介——定义©NXROBO202241.工业机器人简介——历史©NXROBO20225Unimate(1961)世界上第一台工业机器人乔治·德沃尔和约瑟·英格伯格发明，他们被称为机器人之父1.工业机器人简介——历史©NXROBO202261.工业机器人简介——历史©NXROBO202271.工业机器人简介——历史©NXROBO202281.工业机器人简介——现状©NXROBO202291.工业机器人简介——现状©NXROBO2022101.工业机器人简介——现状©NXROBO2022111.工业机器人简介——现状©NXROBO2022121.工业机器人简介——现状©NXROBO2022131.工业机器人简介——现状©NXROBO2022141.工业机器人简介——现状©NXROBO2022151.工业机器人简介——现状©NXROBO2022161.工业机器人简介——现状©NXROBO2022171.工业机器人简介——现状©NXROBO2022181.工业机器人简介——现状©NXROBO2022191.工业机器人简介——现状©NXROBO2022201.工业机器人简介——现状©NXROBO2022211.工业机器人简介——现状©NXROBO2022221.工业机器人简介——现状©NXROBO2022231.工业机器人简介——现状©NXROBO2022241.工业机器人简介——现状©NXROBO2022251.工业机器人简介——未来©NXROBO2022261.工业机器人简介——未来©NXROBO2022271.工业机器人简介——未来©NXROBO2022281.工业机器人简介——未来©NXROBO2022291.工业机器人简介——未来©NXROBO2022301.工业机器人简介——未来©NXROBO2022311.工业机器人简介——未来©NXROBO2022321.工业机器人简介——未来©NXROBO2022331.工业机器人简介——未来©NXROBO2022341.工业机器人简介——未来©NXROBO2022352.MoveIt！系统架构简介——MoveIt！的前世©NXROBO202236Announcing

MoveIt!2.MoveIt！系统架构简介——MoveIt！的今生©NXROBO202237MoveIt!Montage

20172.MoveIt！系统架构简介——MoveIt！的今生©NXROBO202238工业机器人2.MoveIt！系统架构简介——MoveIt！的今生©NXROBO202239新一代机器人2.MoveIt！系统架构简介——MoveIt！的今生©NXROBO202240人形机器人2.MoveIt！系统架构简介——MoveIt！是什么？©NXROBO202241一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学3D感知碰撞检测运动规划轨迹规划……

提供友好的GUI可用于工业、商业、研发和其它领域ROS社区中使用度排名前三的功能包MoveIt!可视化界面2.MoveIt！系统架构简介——MoveIt！的核心©NXROBO202242传统机械臂编程MoveIt!-based的编程动作级别编程任务级别编程2.MoveIt！系统架构简介——MoveIt！的核心©NXROBO202243机械臂运动学：KDL、IKFast、Trac-IK、……路径规划：OMPL、CHOMP、STOMP、SBPL、……碰撞检测：FCL、PCD、……2.MoveIt！系统架构简介——系统架构©NXROBO202244输出场景信息任务信息2.MoveIt！系统架构简介——系统架构©NXROBO202245用户接口（UserInterface）GUI：使用MoveIt的rviz插件C++：使用move_group_interface包提供的APIPython：使用moveit_commander包提供的APIROS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、运动规划插件等机器人Topic

和Action通信2.MoveIt！系统架构简介——系统架构©NXROBO202246MoveIt!地图更新插件组运动规划插件组规划请求适配器插件组控制器管理插件组碰撞检测插件组运动学插件组高层功能插件组机器人模型关节状态机器人感知传感器机器人执行器MoveIt!的插件机制PointCloudDepthImage2.MoveIt！系统架构简介——系统架构©NXROBO202247组装：创建机器人URDF模型配置：使用MoveIt!

Setup

Assistant工具生成配置文件驱动：添加机器人控制器插件（controller）控制：MoveIt!控制机器人运动（算法仿真、物理仿真）3.ROS机械臂URDF建模——URDF简介©NXROBO202248URDF：UnifiedRobotDescriptionFormat的首字母缩写，直译为统一(标准化)机器人描述格式，可以以一种XML的方式描述机器人的部分结构模型文件。robot：根标签，类似于launch文件中的launch标签link：连杆标签join：关节标签gazebo：集成gazebo需要使用的标签3.ROS机械臂URDF建模——URDF简介©NXROBO202249<link>描述机器人某个刚体部分的外观和物理属性；描述连杆尺寸（size）、颜色（color），形状（shape），惯性矩阵（inertial matrix），碰撞参数（collision

properties）等。每个Link会成为一个坐标系3.ROS机械臂URDF建模——URDF简介©NXROBO202250<joint>描述两个link之间的关系，分为六种类型；包括关节运动的位置和速度限制；描述机器人关节的运动学和动力学属性。关节类型描述continuous旋转关节，可以围绕单轴无限旋转revolute旋转关节，类似于continuous，但是有旋转的角度极限prismatic滑动关节，沿某一轴线移动的关节，带有位置极限planar平面关节，允许在平面正交方向上平移或者旋转floating浮动关节，允许进行平移、旋转运动fixed固定关节，不允许运动的特殊关节3.ROS机械臂URDF建模——URDF简介©NXROBO202251<robot>完整机器人模型的最顶层标签<link>和<joint>标签都必须包含在<robot>标签内一个完整的机器人模型，由一系列<link>和<joint>组成URDF建模存在哪些问题

？模型冗长，重复内容过多；参数修改麻烦，不便于二次开发；没有参数计算的功能；…3.ROS机械臂URDF建模——Xacro简介©NXROBO202252概念：

Xacro：XMLMacros的缩写，Xacro是一种XML宏语言，是可编程的XML。原理：

Xacro可以声明变量，可以通过数学运算求解，使用流程控制控制执行顺序，还可以通过类似函数的实现，封装固定的逻辑，相比于纯粹的URDF实现，可以提高编写效率以及编写出更精简、易读性更强的机器人模型文件。3.ROS机械臂URDF建模——Xacro简介©NXROBO202253Xacro语法：属性与算数运算：封装URDF中的一些字段属性定义：<xacro:propertyname="xxxx"value="yyyy"/>属性调用：${属性名称}算数运算：${数学表达式}宏：类似于函数实现，提高代码复用率，优化代码结构，提高安全性宏定义：<xacro:macroname=“宏名称”params=“参数列表(多参数之间使用空格分隔)”>

……

参数调用格式：${参数名}</xacro:macro>宏调用：<xacro:宏名称参数1=xxx参数2=xxx/>文件包含：将多个单独的xacro文件包含在一个文件中组合为完整机器人<robotname="xxx"xmlns:xacro="/xacro"><xacro:includefilename="my_base.xacro"/><xacro:includefilename="my_camera.xacro"/><xacro:includefilename="my_laser.xacro"/>....</robot>3.ROS机械臂URDF建模——Xacro简介©NXROBO202254xacro宏定义

xacro宏调用3.ROS机械臂URDF建模——Xacro简介©NXROBO202255材质定义Xacro属性定义linkjointmarm_description/urdf/marm_base_simple.xacro3.ROS机械臂URDF建模——Xacro简介©NXROBO202256marm_description/urdf/marm_simple.xacro

Xacro文件包含3.ROS机械臂URDF建模——六轴机械臂URDF建模©NXROBO202257发布joint_state发布tf3.ROS机械臂URDF建模——六轴机械臂URDF建模©NXROBO202258$roslaunchmarm_description

view_marm_simple.launch4.MoveIt！机械臂可视化控制——setup_assistant©NXROBO202259$rosrunmoveit_setup_assistant

moveit_setup_assistant启动MoveIt!Setup

Assistant4.MoveIt！机械臂可视化控制——setup_assistant©NXROBO202260选择模型4.MoveIt！机械臂可视化控制——setup_assistant©NXROBO202261

设置碰撞检测采样点4.MoveIt！机械臂可视化控制——setup_assistant©NXROBO202262机械臂规划组4.MoveIt！机械臂可视化控制——setup_assistant©NXROBO202263夹爪规划组4.MoveIt！机械臂可视化控制——setup_assistant©NXROBO202264建立完成的两个规划组4.MoveIt！机械臂可视化控制——setup_assistant©NXROBO202265添加机器人位姿4.MoveIt！机械臂可视化控制——setup_assistant©NXROBO202266标记末端执行器4.MoveIt！机械臂可视化控制——setup_assistant©NXROBO202267作者信息4.MoveIt！机械臂可视化控制——setup_assistan