ROS2极简总结-MoveIt2

2023-10-25 16:05:34

用于 ROS 2 的 MoveIt 运动规划框架。

The MoveIt Motion Planning Framework for ROS 2.

参考文献：MoveIt2

MoveIt2功能

运动规划
- 生成高*度轨迹
- 可在杂乱的环境中运动并避免局部最小值
操纵
- 通过抓取生成分析环境并与环境交互
逆向运动学
- 求解给定姿势的关节位置，也适用于过度制动的手臂中
控制
- 使用通用接口对低级硬件控制器执行时间参数化联合轨迹
3D 感知
- 使用 Octomaps 连接深度传感器和点云
碰撞检查
- 使用几何图元、网格纹理或点云避开障碍物

时间线

MoveIt2（ROS2） vs MoveIt1（ROS1）

实时功能现已可用（ROS2）
专为生产而设计 - 同样支持研发
多平台：Linux、Windows、macOS 全部都支持！

里程碑

M1：直接端口到 ROS2
- 将现有包完全迁移到 ROS2
- 利用 ROS2 功能：编译（ament）、中间件、日志记录、参数
M2：实时支持
- 对传感器输入的反应式闭环控制
- 混合规划（全局和局部）
- 与控制器的零内存复制集成
M3：充分利用ROS2
MoveIt 节点的生命周期管理
利用 ROS2 组件节点

实时功能（M2）

在线机器人操作需要实时安全：

通过力、扭矩与环境进行复杂的相互作用
- 推、抛、拧
启用：
- 反应式闭环控制
- 高速率联合命令流（例如 >1 kHz）
- 低延迟和可靠的传感器->控制管道

使用 MoveItCpp 改进 MoveIt 1

直接访问核心 MoveIt 组件

支持多个规划管道
支持运行多个机器人
- 更灵活的配置

架构（M3）

利用 ROS2 组件节点获得更好的性能

混合规划

全局规划

优点：
- 围绕复杂的障碍物进行规划
- 避免陷入局部最小值
- 完成：如果存在，将找到解决方案
缺点：
- 较慢的计算时间
- 非实时
- 不确定

局部规划

优点
- 快速/反应式
- 确定性的
- 非常适合视觉伺服
缺点
- 陷入局部最小值
- 更少的碰撞安全保障

核心概念

机器人状态
- 包含几何信息和关节值
当前状态监视器
- 通过订阅 /joint_states（由驱动程序提供）更新机器人状态
规划场景
- 碰撞检查和约束检查
规划场景监视器
- 通过 ROS 接口更新规划场景
控制器接口
- 使用 FollowJointTrajectory 发布的规划轨迹（由驱动程序使用）

MoveIt2 配置

URDF - 通用机器人描述格式
- 安全控制器
- 用于碰撞检查的网格
- UR5 说明
SRDF - 语义机器人描述格式
- 关节组（关节和连杆的集合）
  - 作为关节、连杆或串联链
- 虚拟和被动关节
- 机器人姿势
- 自碰撞
- UR5 SRDF
其他配置
- 关节限制、运动学和运动规划插件

MoveItCpp API

// \brief load the robot model,
//        configure the planning pipeline from ROS2 parameters and
//        initialize defaults  
moveit_cpp_ = std::make_shared<moveit::planning_interface::MoveItCpp>(node_);
// \brief associated to a planning group  
//          used to setup the motion plan request and  
//          call the low-level planner  
moveit::planning_interface::PlanningComponent arm("ur5_arm", moveit_cpp_);
/** \brief Set the goal constraints generated from target pose and robot link */
geometry_msgs::PoseStamped target_pose1;
target_pose1.header.frame_id = "base_link";
target_pose1.pose.orientation.w = 1.0;
target_pose1.pose.position.x = 0.28;
target_pose1.pose.position.y = -0.2;
target_pose1.pose.position.z = 0.5;
arm->setGoal(target_pose1, "ee_link");
/** \brief Set the goal constraints generated from a named target state */
arm->setGoal("ready");

约束规划

用于如下场合：

约束机器人运动
定义规划目标

kinematic_constraints::JointConstraint
kinematic_constraints::OrientationConstraint
kinematic_constraints::PositionConstraint
kinematic_constraints::VisibilityConstraint

例如：使用为机器人上的连杆指定的路径约束进行规划

moveit_msgs::OrientationConstraint ocm;
ocm.link_name = "panda_link7";
ocm.header.frame_id = "panda_link0";
ocm.orientation.w = 1.0;
ocm.absolute_x_axis_tolerance = 0.1;
ocm.absolute_y_axis_tolerance = 0.1;
ocm.absolute_z_axis_tolerance = 0.1;

将此设置为计划组的路径约束

moveit_msgs::Constraints test_constraints;
test_constraints.orientation_constraints.push_back(ocm);
move_group_interface.setPathConstraints(test_constraints);

笛卡尔规划

末端执行器沿表面精确路径（焊接和喷漆应用）
为末端执行器指定的路径点列表
MoveIt 现在支持实时和全局、碰撞感知的笛卡尔规划

理想的属性

完整性、约束不足、提前规划、实时

std::vector<geometry_msgs::Pose> waypoints;
waypoints.push_back(start_pose);
geometry_msgs::Pose way_pose;
waypoints.push_back(way_pose);
way_pose.position.y -= 0.2;
waypoints.push_back(way_pose);  // right
way_pose.position.z += 0.2;
way_pose.position.y += 0.2;
way_pose.position.x -= 0.2;
waypoints.push_back(way_pose);  // up and left

现在用插值计算轨迹：

moveit_msgs::RobotTrajectory trajectory;
const double jump_threshold = 0.0;
const double eef_step = 0.01;
double fraction = move_group_interface.computeCartesianPath(waypoints, eef_step, jump_threshold, trajectory);

更多内容参考：Github之moveit2。

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