MoveIt!运动学插件IKFAST(六)

一、MoveIt!运动学插件IKFAST

引言:MoveIt!中的运动学求解器

1.KDL

Kinematics and Dynamics Library (KDL)是MoveIt!中的默认运动学插件,在使用MoveIt! Setup Assistant进行模型配置时,可以进行配置。KDL的优点是可以求解封闭情况下你运动学;但是速度慢、可能找不到解。

多时候我们在做运动规划的时候,MoveIt!经常会提示规划失败、求解失败等错误,很多都是因为KDL这款运动学插件导致的,所以,需要更换一个运动学插件。

2.TRAC-IK

将KDL更换成TRAC-IK呢,方法很简单,ROS的软件源中已经集成了TRAC-IK的安装包,可以直接使用以下命令安装:

?

然后修改机械臂MoveIt!配置功能包下的kinematics.yaml文件就可以使用啦:

1     arm:
2     kinematics_solver: trac_ik_kinematics_plugin/TRAC_IKKinematicsPlugin
3     kinematics_solver_attempts: 3
4     kinematics_solver_search_resolution: 0.005

 

接下来再次运行demo.launch,默认加载的就是TRAC-IK运动学插件了,试试规划求解的效率是不是高了很多!

IK_Fast比默认的KDL和现在用的Trac_IK安装起来也更麻烦。


查看boost的版本:
1 dpkg -S /usr/include/boost/version.hpp

 

 

3. IKFAST

IKFAST是一种基于解析算法的运动学插件,可以保证每次求解的一致性。IKFAST,机器人运动学的编译器,在Rosen Diankov OpenRAVE运动规划软件提供,是一个强大的逆运动学求解器。不像大多数的逆运动学求解,IKFAST可以求解任意复杂运动链的运动学方程,并产生特定语言的文件(如C++)后供使用。最终的结果是非常稳定的解决方案。

 

4.MoveIt! IKFast

MoveIt! IKFast是一种可利用OpenRAVE生成的cpp文件来生成 IKFast 运动学插件的工具。

MoveIt! IKFast测试环境是ROS Groovy,使用catkin编译,使用带有6dof和7dof的机器臂的OpenRave 0.8 。

理论上可以工作在任何自动度的机械臂,但目前 IKFast插件生成器不能工作在大于7自动度的机械臂上。

 

1.环境配置

(1)安装程序
1 sudo apt-get install cmake g++ git ipython minizip python-dev python-h5py python-numpy python-scipy qt4-dev-tools

 

(2)安装依赖库
1 sudo apt-get install libassimp-dev libavcodec-dev libavformat-dev libavformat-dev libboost-all-dev libboost-date-time-dev libbullet-dev libfaac-dev libglew-dev libgsm1-dev liblapack-dev liblog4cxx-dev libmpfr-dev libode-dev libogg-dev libpcrecpp0v5 libpcre3-dev libqhull-dev libqt4-dev libsoqt-dev-common libsoqt4-dev libswscale-dev libswscale-dev libvorbis-dev libx264-dev libxml2-dev libxvidcore-dev

 

 

(3)安装OpenSceneGraph-3.4
1 sudo apt-get install libcairo2-dev libjasper-dev libpoppler-glib-dev libsdl2-dev libtiff5-dev libxrandr-dev
2 git clone https://github.com/openscenegraph/OpenSceneGraph.git --branch OpenSceneGraph-3.4
3 cd OpenSceneGraph
4 mkdir build; cd build
5 cmake .. -DDESIRED_QT_VERSION=4
6 make -j$(nproc)
7 sudo make install

 

 

(4)安装灵活的碰撞库Flexible Collision Library 0.5.0
cd ~/git
git clone https://github.com/flexible-collision-library/fcl
cd fcl; git checkout 0.5.0
mkdir build; cd build
cmake ..
make -j `nproc`
sudo make install

 

 

安装sympy 0.7.1(注意版本,若版本不对会产生错误)
1 pip install --upgrade --user sympy==0.7.1

 

删除mpmath
1 sudo apt remove python-mpmath

 

安装MoveIt! IKFast
1 sudo apt-get install ros-melodic-moveit-kinematics

 

安装OpenRAVE(采用的源码安装) 安装了2天,很多报错并且缓慢
1 git clone --branch latest_stable https://github.com/rdiankov/openrave.git
2 cd openrave && mkdir build && cd build
3 cmake -DODE_USE_MULTITHREAD=ON -DOSG_DIR=/usr/local/lib64/ ..
4 make -j$(nproc)
5 sudo make install

 

注意:不建议采用sudo apt-get install ros-melodic-openrave,会一并安装mpmath,导致后面生成IKFAET文件失败,因此采用源码安装的方式。

openrave装了很久都没装好,可以查考下面这个网站:https://github.com/crigroup/openrave-installation

下载脚本后,按顺序执行命令即可:

1 ./install-dependencies.sh
2 ./install-osg.sh
3 ./install-fcl.sh
4 ./install-openrave.sh

 

前面两条脚本都运行正确。但是./install-openrave.sh还是报错,尝试了许多方法,还是没有解决。

 

参考博客:https://blog.csdn.net/weixin_40512647/article/details/105719908

 

之后采用以下方法:

https://roboticslab-uc3m.github.io/installation-guides/install-openrave.html#install-openrave-0540-ubuntu-1804-bionic

 

 1 sudo apt install git # probably already installed
 2 sudo apt install libboost-filesystem-dev libboost-system-dev libboost-python-dev libboost-thread-dev libboost-iostreams-dev libboost-numpy-dev
 3 sudo apt install libqt4-dev qt4-dev-tools libxml2-dev libode-dev
 4 sudo apt install libsoqt4-dev libcoin80-dev
 5 sudo apt install liblapack-dev
 6 sudo apt install libcollada-dom2.4-dp-dev  # Open .zae files, avoid cmake 3.19 error on 18.04 Bionic
 7 cd  # go home
 8 mkdir -p repos; cd repos  # create $HOME/repos if it doesnt exist; then, enter it
 9 git clone --branch master https://github.com/rdiankov/openrave.git
10 cd openrave; mkdir build; cd build
11 cmake .. -DOPT_VIDEORECORDING=OFF -DOPT_PYTHON=OFF
12 make -j$(nproc)
13 sudo make install; cd  # install and go home

 

问题:

python/bindings/CMakeFiles/pyANN_int.dir/build.make:86: recipe for target python/bindings/CMakeFiles/pyANN_int.dir/bindings.cpp.o failed make[3]: * [python/bindings/CMakeFiles/pyANN_int.dir/bindings.cpp.o] Error 1 make[3]: 离开目录“/home/wei/repos/openrave/build” CMakeFiles/Makefile2:1199: recipe for target python/bindings/CMakeFiles/pyANN_int.dir/all failed make[2]: * [python/bindings/CMakeFiles/pyANN_int.dir/all] Error 2

 

还是报错:

 

 

脚本安装方式和以上这种方式的报错都是一样的,主要是boost问题,我尝试删除boost,重新安装boost。

自己摸索出来:CMakeList.txt里面修改了动态链接库的路径,cmake .. -DOPT_VIDEORECORDING=OFF -DOPT_PYTHON=OFF:

 

运行 :make -j$(nproc)的时候,磁盘60G满了。。。

 

5、配置IKFAST插件

(1)用OpenRave创建Collada碰撞文件

相关参数
  • MYROBOT_NAME(机器人名字) - name of robot as in your URDF

  • PLANNING_GROUP(规划组名字) - name of the planning group you would like to use this solver for, as referenced in your SRDF and kinematics.yaml

  • MOVEIT_IK_PLUGIN_PKG (插件包名字)- name of the new package you just created

  • IKFAST_OUTPUT_PATH(IKFAST输出路径) - file path to the location of your generated IKFast output.cpp file

配置流程

参考博客:https://blog.csdn.net/Kalenee/article/details/80740258

(1)设置机器人名字

1 export MYROBOT_NAME="robot_arm"

 

(2)若机器人模型为xacro格式需先转为urdf格式

1 osrun xacro xacro --inorder -o "$MYROBOT_NAME".urdf arm.xacro

 

(3)机器人模型urdf格式转换为dae格式

1 rosrun collada_urdf urdf_to_collada "$MYROBOT_NAME".urdf "$MYROBOT_NAME".dae

 

(4)设置精度为小数点后5位,然后保留备份后重新设置dae格式机器人模型描述文件的精度

1 export IKFAST_PRECISION="5"
2 cp "$MYROBOT_NAME".dae "$MYROBOT_NAME".backup.dae  # create a backup of your full precision dae.
3 rosrun moveit_kinematics round_collada_numbers.py "$MYROBOT_NAME".dae "$MYROBOT_NAME".dae "$IKFAST_PRECISION"

 

设置的精度会影响IKFAST的生成,设置过小会导致无法生成或求解精度过低,过大也会导致无法生成或者求解变慢,可以根据需求调整精度。

 

(5)查看模型

查看模型关节数据

1 openrave-robot.py "$MYROBOT_NAME".dae --info links

 

查看模型三维结构

1  openrave "$MYROBOT_NAME".dae

 

(6)选择IK项(默认Transform6D )

http://openrave.org/docs/latest_stable/openravepy/ikfast/#ik-types

 

(7)设置运动规划组

1 export PLANNING_GROUP="robot_arm"

 

(8)设置运动规划的关节组,以上面的模型关节数据为基础设置

1 export BASE_LINK="0"
2 export EEF_LINK="8"

 

(9)若关节数量大于6需设置一*关节,若无则无需设置

1 export FREE_INDEX="1"

 

(10)设置IKFAST输出路径

1 export IKFAST_OUTPUT_PATH=`pwd`/ikfast61_"$PLANNING_GROUP".cpp

 

(11)生成IKFAST文件

  • 6轴

1 python `openrave-config --python-dir`/openravepy/_openravepy_/ikfast.py --robot="$MYROBOT_NAME".dae --iktype=transform6d --baselink="$BASE_LINK" --eelink="$EEF_LINK" --savefile="$IKFAST_OUTPUT_PATH"

 

  • 7轴

1 python `openrave-config --python-dir`/openravepy/_openravepy_/ikfast.py --robot="$MYROBOT_NAME".dae --iktype=transform6d --baselink="$BASE_LINK" --eelink="$EEF_LINK" --freeindex="$FREE_INDEX" --savefile="$IKFAST_OUTPUT_PATH"

 

备注:生成IKFAST文件时间一般不会太长,在10~20分钟左右,若时间过长有几率代表失败(即使成功生成),生成失败的话可以降低精度或者需要修改模型本身。

生成插件

1 export MOVEIT_IK_PLUGIN_PKG="$MYROBOT_NAME"_ikfast_"$PLANNING_GROUP"_plugin
2 cd ~/catkin_ws/src
3 catkin_create_pkg "$MOVEIT_IK_PLUGIN_PKG"
4 catkin build
5 rosrun moveit_kinematics create_ikfast_moveit_plugin.py "$MYROBOT_NAME" "$PLANNING_GROUP" "$MOVEIT_IK_PLUGIN_PKG" "$IKFAST_OUTPUT_PATH"

 

注意:create_ikfast_moveit_plugin.py默认该目录下存在名字为"$MYROBOT_NAME"_moveit_config的功能包如下,该功能包为机器人模型通过moveit_setup_assistant配置生成的功能包。

1       plan_pkg = robot_name + _moveit_config
2       plan_pkg_dir = roslib.packages.get_pkg_dir(plan_pkg)
3       print Loading robot from \‘+plan_pkg+\‘ package ... 

 

 

 

问题1:

1 libdvd-pkg: `apt-get check` failed, you may have broken packages. Aborting...

 

解决办法:

1 sudo dpkg-reconfigure libdvd-pkg

 

参考博客:https://itectec.com/ubuntu/ubuntu-libdvd-pkg-apt-get-check-failed-you-may-have-broken-packages-aborting/

 

问题2:

1 collect2: error: ld returned 1 exit status
2 test/CMakeFiles/test_fcl_shape_mesh_consistency.dir/build.make:121: recipe for target test/test_fcl_shape_mesh_consistency failed
3 make[2]: *** [test/test_fcl_shape_mesh_consistency] Error 1
4 CMakeFiles/Makefile2:216: recipe for target test/CMakeFiles/test_fcl_shape_mesh_consistency.dir/all failed
5 make[1]: *** [test/CMakeFiles/test_fcl_shape_mesh_consistency.dir/all] Error 2
6 Makefile:140: recipe for target all failed
7 make: *** [all] Error 2

 

解决办法:


安装libccd:https://github.com/danfis/libccd

 

问题3:

boost卸载和重新安装

解决:

https://*.com/questions/8430332/uninstall-boost-and-install-another-version

 

问题4:

1 [rospack] Error: package collada_urdf not found

 

解决:

1 sudo apt-get install ros-melodic-collada-urdf

 

参考博客:https://github.com/ros/collada_urdf/issues/31

 

问题5:

1 -- Configuring incomplete, errors occurred!
2 See also "/home/wei/git/openrave/build/CMakeFiles/CMakeOutput.log".
3 See also "/home/wei/git/openrave/build/CMakeFiles/CMakeError.log".
4 make: *** 没有指明目标并且找不到 makefile。 停止。

 

解决:

 

 

二、虚拟关节,移动底盘问题

 

轮式移动机械臂软件设计:

1.编写URDF文件,建立各连杆与关节的连接关系;

1)包含机械臂各零件部件外观、物理属性和关节类型等方面信息。

2)关节坐标系的位姿以父连杆坐标系为参考,而子连杆坐标系参考于关节坐标系,一般情况下与关节坐标系一致。

2.使用MoveIt!设置助手加载URDF文件。对轮式移动机械臂运动规划进行配置,生成基本的配置与启动文件;

3.根据自己的功能需求开发节点,基于MoveIt!框架对机械臂进行运动规划。

 

参考博客:https://blog.csdn.net/weixin_44381217/article/details/109680817

 

问题:

1 The following directory should be added to compiler include paths:
2 
3     /home/wei/boost_1_58_0
4 
5 The following directory should be added to linker library paths:
6 
7     /home/wei/boost_1_58_0/stage/lib

 

解决:

1 dpkg -S /usr/local/include/boost/version.hpp

 

MoveIt!运动学插件IKFAST(六)

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