dual_ur双机械臂控制程序介绍

[TOC]

一、简介

本系统使用ros控制双机械臂系统，实现了双机械臂的Gazebo仿真，以及连接并控制两台真实的UR10机器人。

二、Packages

1. dual_ur_description

dual_ur_description包是双机械臂系统的描述文件。包括urdf描述文件、meshes模型文件。以下是关键文件介绍：

dual_ur10_robot.urdf.xacro：双机械臂的描述文件。
dual_ur10_joint_limited_robot.urdf.xacro：带有关节限制的双机械臂的描述文件。
dual_ur_upload.launch：机械臂描述文件的加载程序，默认将无关节限制的描述文件加载到参数服务器的robot_description下，可以通过传入参数limited:=true更改默认行为。
display.launch：机器人模型的显示程序，通过运行以下命令可以在rviz中显示机器人模型，方括号内容可选。
```
roslaunch dual_ur_description display.launch [limited:=true]
```

2. dual_ur_moveit_config

dual_ur_moveit_config是双机械臂的moveit!配置包，包含了进行运动规划所需的文件。

config/：

controllers.yaml：moveit!路径规划控制器的配置文件，表明运行moveit!时move_group节点会订阅left(right)_arm_controller/follow_joint_trajectory动作话题，注意保持前后一致。
dual_ur.srdf：双机械臂模型结构的语义信息，记录了使用moveit_assistant进行的设置。一旦更改了机器人的模型，如添加末端抓手，就要重新调用moveit_assistant更新碰撞检测矩阵。

launch/:

dual_ur_moveit_planning_execution.launch：moveit!规划器的启动程序。实际上就是设置limited参数后再调用move_group.launch，因此以下两条命令等价：
```
roslaunch dual_ur_moveit_config dual_ur_moveit_planning_execution.launch [limited:=true]
roslaunch dual_ur_moveit_config move_group.launch [limited:=true]
```

move_group.launch：运动规划最重要的节点move_group的启动程序。它的调用层次结构如下图。首先调用一系列launch文件加载运动规划所需的配置文件，最后启动move_group节点。

graph TD
	aa(dual_ur_moveit_planning_execution.launch)-->a
	a(move_group.launch)-->b(planning_context.<br/>launch)
	a-->c(planning_pipeline.<br/>launch.xml)
	a-->d(trajectory_execution.<br/>launch.xml)
	a-->e(sensor_manager.<br/>launch.xml)
	b-->b1(load<br/>dual_ur10<_joint_limited>_<br/>robot.urdf.xacro,<br/>dual_ur.srdf,<br/>joint_limits.yaml,<br/>kinematics.yaml)
	c-->c1(ompl_planning_<br/>pipeline.launch.xml)
	c1-->c11(load<br/>ompl_planning.yaml)
	d-->d1(dual_ur_moveit_<br/>controller_manager.<br/>launch.xml)
	d1-->d11(load<br/>controllers.yaml)
	e-->e1(dual_ur_moveit_<br/>sensor_manager.<br/>launch.xml)
	e1-->e11(load<br/>sensors.yaml)
	b1-->z
	c11-->z
	d11-->z
	e11-->z
	z(run<br/>move_group)
	style b1 fill:#eea,stroke:#331,stroke-width:1px;
	style c11 fill:#eea,stroke:#331,stroke-width:1px;
	style d11 fill:#eea,stroke:#331,stroke-width:1px;
	style e11 fill:#eea,stroke:#331,stroke-width:1px;
	style z fill:#eee,stroke:#331,stroke-width:1px;

moveit_rviz.launch：启动rviz可视化运动规划。
demo.launch：模拟的运动规划演示程序。

3. dual_ur_gazebo

dual_ur_gazebo是双机械臂进行Gazebo仿真的配置包。

arm_contoller_dual_ur.yaml：仿真的控制器设置文件。要保证控制器的名字与 dual_ur_moveit_config/controllers.yaml中的设置一致，这样才可以发布能被move_group正确订阅的action。

dual_ur.launch：仿真器的启动文件。它首先会调用dual_ur_description/dual_ur_upload.launch加载机器人的描述文件。使用时传入limited:=true参数选择使用有关节限制的模型。

graph TD
	a(dual_ur.launch)-->b(gazebo_ros/<br/>empty_world.launch)
	a-->c(dual_ur_upload<br/>.launch)
	b-->d(run<br/>spawn_model)
	c-->d
	a-->e(controller_utils.launch)
	e-->e1(run<br/>robot_state_<br/>publisher)
	e-->e2(load<br/>joint_state_<br/>controller.yaml)
	e2-->e21(run<br/>joint_state_<br/>controller_spawner)
	a-->f(load<br/>arm_controller_dual_ur.yaml)
	f-->f1(run<br/>left_arm_controller_spawner<br/>right_arm_controller_spawner)
	style f fill:#eea,stroke:#331,stroke-width:1px;
  style e2 fill:#eea,stroke:#331,stroke-width:1px;
	style e1 fill:#eee,stroke:#331,stroke-width:1px;
	style f1 fill:#eee,stroke:#331,stroke-width:1px;
	style e21 fill:#eee,stroke:#331,stroke-width:1px;
	style d fill:#eee,stroke:#331,stroke-width:1px;

4. ur_modern_driver

ur_modern_driver是真实机器人的驱动包，负责与真实的机械臂建立连接，并提供接口给moveit!。

dual_ur_bringup.launch：与两台UR10建立连接的驱动程序。主要内容为启动两个ur_driver节点，分别驱动两个ur10机械臂。需要注意的是，在每个节点启动时，要将控制器动作（action）话题 remap到dual_ur_moveit_config/controllers.yaml中设置的控制器动作话题中，例如：
```
<node name="left_ur_driver" pkg="ur_modern_driver" type="ur_driver" output="screen">
     <remap from="/follow_joint_trajectory" to="/left_arm_controller/follow_joint_trajectory"/> 
</node>
```
其次，因为要建立TCP/IP连接，所以需要将两台机器人和电脑连入同一局域网下，并且设置ip地址，注意电脑两台机器人的通信的端口号要不同，这些参数在文件开头即可设置：
```
 
 <arg default="left_" name="left_prefix"/>
 <arg default="right_" name="right_prefix"/>
 <arg default="192.168.1.102" name="left_robot_ip"/>        
 <arg default="192.168.1.103" name="right_robot_ip"/>
 <arg default="192.168.1.2" name="reverse_ip"/>
 <arg default="50001" name="left_reverse_port"/>
 <arg default="50002" name="right_reverse_port"/>
```
另外，也可以传入limited参数决定是否使用限制关节的模型，默认为true。

三、使用

1. 使用Gazebo仿真

依次运行以下命令，接着即可使用rviz的可视化界面进行运动规划仿真。

# 启动Gazebo仿真器
roslaunch dual_ur_gazebo dual_ur.launch limited:=true
# 启动move_group
roslaunch dual_ur_moveit_config dual_ur_moveit_planning_execution.launch limited:=true
# 启动rviz可视化运动规划
roslaunch dual_ur_moveit_config moveit_rviz.launch

2. 使用真实机器人

依次运行以下命令，接着即可使用rviz的可视化界面控制真实的双UR10机械臂系统。

# 与双机械臂建立连接
roslaunch ur_modern_driver dual_ur_bringup.launch 
# 启动move_group
roslaunch dual_ur_moveit_config dual_ur_moveit_planning_execution.launch limited:=true
# 启动rviz可视化运动规划
roslaunch dual_ur_moveit_config moveit_rviz.launch

启动顺利的节点图：

rviz可视化界面与真实机器人：

Liuyvjin / shixi_dual_ur