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python控制机械臂6轴_在ROS环境下，怎么使用moveit!来驱动真实的六轴机械臂？

發布時間：2024/3/24 python 141 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 python控制机械臂6轴_在ROS环境下，怎么使用moveit!来驱动真实的六轴机械臂？小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

很多小伙伴在使用ROS的時候，都會產生類似的疑問，程序寫過那么多，仿真也跑過不少，但是如何控制真實機械臂/機器人呢？

今天古月君就來嘗試破個題。

首先，解決這個問題的關鍵詞是“接口”。所謂接口，即數據傳輸的通道，如何將ROS功能包計算得到的數據發給真實機器人并使之運動是問題的關鍵。

機械臂有點復雜，我們先以簡單一些的ROS小車為例，看看ROS是如何讓真實小車動起來的。

大家在某寶上搜索“ROS移動機器人”，會出現一系列的小車，看來看去，無非都是類似下圖的零部件組成的：

做個分類，大家應該會更清晰一些：

這就是從控制角度看到的機器人四大組成部分，ROS并不是機器人的全部，主要運行于控制系統當中。

以小車的導航為例，從復雜的算法到小車的運動具體經過了哪些步驟呢？

1.使用者在rviz中使用鼠標選擇一個導航目標點

2.全局規劃器開始路徑規劃，得到一條從A到B的最優路徑

3.本地規劃器開始計算機器人每個周期的最佳速度，盡量靠近最優路徑并躲避動態障礙物

OK，劃重點啦，此時以上還都是ROS功能包完成的工作，我們進一步簡化以上步驟，所有功能看成黑盒，輸入是目標位置，輸出是周期速度，這個周期速度就是“接口”。

接下來我們要做的事情就是讓小車的硬件匹配這個周期速度的接口，怎么匹配呢？

小車的運動最后由電機執行，電機要轉起來就需要一個電壓信號，要產生電壓信號就需要將控制信號（PWM）放大，要產生控制信號就需要有一個微控制器（MCU），微控制器的輸入指令哪里來，一條電纜（網線或串口線）連接PC和MCU，接口就連上了。

當然，接口連上只是“肉體連接”，要做到“精神連接”還需要完成控制器里的驅動控制，也就是我們常說的PID閉環控制。

至此，我們成功的讓小車動起來了，總結一下，我們怎么讓小車動起來的：

1.ROS功能包跑起來

2.控制數據傳輸給小車的控制器

3.控制器里完成底層控制

4.控制信號變成電信號，電機轉起來

似乎有點偏題，我們回到機械臂的場景，原理依然是上邊的四個步驟，根據不同的硬件條件，并不是每個步驟都需要我們自己來實現。

在ROS環境下，不管是移動小車的move_base，還是機械臂的MoveIt!，都是解決第一個步驟的功能算法問題。ROS最大的好處就是：我們可以先不關注功能算法的內部實現，通過接口的拼接快速實現系統的原型。所以這里我們需要關注的一個問題是MoveIt!的輸入輸出接口是什么？

在下邊這張圖中，我們可以看到MoveIt!核心節點的接口：

輸入：編程API（C++、Python）、GUI（Rviz中的Motion Planning）

輸出：關節軌跡（Trajectory）

先不糾結MoveIt!里邊干了啥，反正當我們通過程序或者界面指定一個目標位置后，它會規劃得到一條運動到目標位置的軌跡，這條軌跡由一系列關節空間的位置組成。

和ROS小車一樣，接下來，我們要把這條軌跡發給機械臂的控制器，如果你使用的是類似UR、ABB這種工業機械臂的話，控制器都是配套的，只需要在示教器上做一些TCP端口的配置，就可以接收軌跡數據了，后續的底層控制算法和電機驅動就不需要我們關心了，完善的控制器都會幫我們實現。

換一個場景，如果是我們自己做機械臂，控制器需要自己開發，又該如何做呢？

還是上邊ROS小車的思路，機械臂控制器里也需要實現這些基礎功能：

1.接收控制數據（運動軌跡）

2.完成底層運動控制

3.控制信號變成電信號，電機轉起來

不管你用的控制器是MCU、樹莓派還是PC，總會有和外界通信的方法，比如常見的串口、網絡等，所以第一個接收控制數據的方法就是通過任一媒介，將軌跡數據發送到控制器上，具體實現可以參考ros_serial、ROS-I Simple Message功能包或串口、 socket通信的編程方法。

收到數據之后呢？MoveIt!規劃得到的關節軌跡由一系列軌跡點組成，每兩個點之間的時間間隔不定，基本是0.1~1秒之間，這個時間間隔對于底層控制來講，是非常大的，很容易造成軌跡運動不圓滑、速度不均勻的現象，需要進一步細分到和控制周期匹配的間隔，也就是你可能常聽說的“軌跡插補”，具體實現可以參考ros_control。

比如初始軌跡的運動總時間是5s，按照10ms插補，那么我們將得到一條由500個點組成的軌跡，每個點包含此刻各關節的位置信息。

接下來就是把這些位置信息變成電信號，讓電機轉動帶動機械臂運動，這就是我們常說的電機驅動。如果你用的是步進電機，你可能需要一個可以接收脈沖位置的步進驅動器，如果你用的是伺服電機，可能需要一個可以接收位置指令的伺服驅動器，如果你使用的是舵機，直接發送位置指令即可，如果你要自己做驅動器，請谷歌“如何實現電機驅動器”。

按照周期依次完成所有點后，軌跡運動完成，真實機械臂就按照MoveIt!的規劃完成運動了。https://www.zhihu.com/video/1180610312959721472

古月君洋洋灑灑寫了這么多，你可能已經從入門到放棄了。。。

好吧，忽略上邊的所有內容，直接看圖：

ROS MoveIt!控制真實機械臂的一般框架：

1.通過程序或界面設置機械臂運動目標

2.MoveIt!完成運動規劃并輸出關節軌跡

3.通過socket接口和控制器連接，將關節軌跡發送給控制器

4.控制器進行插補運算，并周期發送給電機驅動器

5.驅動器完成閉環控制，讓電機多、快、好、爽的跟隨輸入指令

6.控制器反饋實時狀態到MoveIt!，Rviz動態顯示當前狀態

以上內容古月君偏向于系統原理的介紹，具體實現的手段和硬件相關，各位還需要在原理的基礎上完成開發。

愿各位擁有一個段美好的機器人開發之旅。