ROS探索总结（六十五）—— 古月私房课 | MoveIt!编程驾驭机械臂运动控制

古月

分类：ROS探索总结

个人专栏：ROS探索总结

发布时间 2019.04.04阅读数 21462 评论数 54

~欢迎关注~

微信公众号：古月居

新浪微博：古月春旭

知乎专栏：古月居

原文链接：古月私房课 | MoveIt!编程驾驭机械臂运动控制

古月居联合深蓝学院推出的“古月私房课”第一弹——《ROS机械臂开发：从入门到实战》已经上线啦，欢迎各位小伙伴前来围观，以下是第六讲《MoveIt!编程驾驭机械臂运动控制》的内容精要。

大家好，这里是《ROS机械臂开发：从入门到实战》的第六讲——MoveIt!编程驾驭机械臂运动控制，我是主讲人胡春旭。

本讲我们将从以下四个部分进行讲解。

首先来回顾下MoveIt!编程接口的框架。

MoveIt!提供三种主要的交互方式：C++接口、Python接口以及上位机Rivz插件接口，无论哪种形式，底层都是和move_group核心节点交互，完成功能算法的调用。

对比C++和Python两种编程方式，在流程上完全一致，API接口的名字也基本相同。

完整的MoveIt!程序流程如下，不可或缺的步骤是：确定控制对象的规划组、设置目标位姿、进行运动规划、执行规划轨迹。

API接口众多，而且有多态性，所以在开发过程中大家一定离不开官方的API文档，这里有最完整的接口介绍。

接下来我们就来了解一下MoveIt!中的关键编程方法，第一种是关节空间运动。

在关节空间运动中，机械臂各轴独立完成轨迹插补，终端轨迹是自由曲线，常用于码垛、搬运、分拣等对运动轨迹没有强制约束的场景，其中的关键就是对目标姿态的描述。

可以在关节空间下直接通过各轴的位置描述目标姿态，这里需要调用MoveIt!提供的set_joint_value_target函数实现。

也可以在工作空间下通过终端的位姿+姿态进行描述，需要调用set_pose_target函数进行设置。

还有很多场景下对机械臂的终端轨迹有要求，那就需要用到笛卡尔空间下的运动规划功能了。

比如让机械臂的终端走出一条直线。

我们可以对比笛卡尔运动和关节空间下经过同样路径点的轨迹区别，如下图所示，一个是自由曲线，一个是直线轨迹。

这里笛卡尔运动规划使用的关键函数是MoveIt!中的compute_cartesian_path，它可以将多个路点waypoints之间通过直线轨迹连接到一起，返回值fraction表示可规划轨迹的覆盖率。

在机械臂运动过程中，如果有障碍物的话，还需要考虑避障的问题。

比如下图中机械臂在运动规划时，就需要考虑到绿色障碍物的避障问题。

MoveIt!中有一个场景监听器模块，就是用来检测外部场景信息的，障碍物可以通过三种方式加入场景中：rviz可视化添加、程序添加、传感器检测。本讲我们主要介绍前两种方式。

在rviz的MoveIt!插件中有一个Scene Object标签页，可以将障碍物模型添加到场景当中来，此后机械臂在运动规划时就会考虑躲避该障碍物了。

另外一种方式是通过程序操作，不仅可以添加外界障碍物，还可以添加机械臂上的附着物体，模拟抓取到的物体，将作为机械臂的一部分，考虑与外界物体的碰撞。

这里涉及的主要函数是add_box和attach_box，前者是将添加的物体作为障碍物，后者是将添加的物体作为机械臂的一部分。

以上就是本讲的内容概要，详细讲解过程和仿真/真机演示请见具体课程。

更多精彩，欢迎大家关注“古月居”。

更多内容欢迎关注：

微信公众号：古月居 (guyue_home)

新浪微博：古月春旭

知乎专栏：古月居

MoveIt

打赏 0

上一篇：ROS探索总结（六十四）—— 古月私房课 | 搭建仿真环境一样玩转ROS机械臂

下一篇：ROS探索总结（六十六）—— 古月私房课 | MoveIt!中不得不说的“潜规则”

为你推荐

全部评论（54）

旋律是风

0

古老师您好，我在使用moveit_ik_demo.py例程时出现机械臂能回到home，但之后就不动了并按照逆解的位置运动,[ WARN] [1603535587.691471239]: Fail: ABORTED: No motion plan found. No execution attempted.然后提示这个

2020-10-24 18:57

举报

回复

发布取消
交换。

0

老师您好,我写了个计算力矩+pd控制器的功能包,算力矩做跟踪,发给ros-control的关节力矩模式接口,现在需要一整条轨迹的关节位置,速度,加速度,想问下,moveit生成的轨迹(关节位置,速度,加速度),可以直接发布出来吗,是以数组的形式吗? 如果后续,我想实现比方说时间最优的轨迹,是不是需要自己写正逆运动学,以及轨迹规划算法?

2020-05-20 12:24

举报

回复

发布取消
山山而川

0

古老师你好，我想实现一个功能，让机械臂沿圆弧进行运动，然后每隔0.5s判断一次是否要继续运动，我一开始是仿照cartesian_demo写的，加入了一个for循环，以及time.sleep（0.5）,可是发现moveit一旦execute一段路径就不会停下，等执行完整端路径后才会执行休息0.5s的命令，这和我的期望不符，有什么可以实现我的目的的方式嘛？还请古老师赐教！

2020-03-31 14:05

举报

回复

发布取消

古月作者

moveit运行是这样的，你可以试下0.5秒cancel一下，这样机械臂会停止运动，然后再重新规划

2020-04-02 18:14

举报

回复

发布取消

山山而川

回复@古月：古老师，这个cancel怎么实现呀？arm.stop嘛？还请古老师说的再详细一点...(新手刚入门）

2020-04-03 10:20

举报

回复

发布取消

山山而川

回复@山山而川：古老师，我还有一个问题想请教你。rosrun rqt_tf_tree rqt_tf_tree，我去查看tf tree（六自由度机器人）然后我发现他的平均更新速率在11hz，但是我rosrun tf tf_echo base_link link_6，发现它在终端上显示是1hz，这是为什么呀？我想以10hz的频率去读取末端位姿，这怎么样才能实现呀？

2020-04-03 14:49

举报

回复

发布取消

山山而川

回复@古月：老师你好，我现在又碰到了一个问题，moveit进行了一段轨迹运动后，我用arm.stop将机械臂停下，然后代码如下所示 if cartesian: fraction = 0.0 #路径规划覆盖率 maxtries = 100 #最大尝试规划次数 attempts = 0 #已经尝试规划次数 # 设置机器臂当前的状态作为运动初始状态 arm.set_start_state_to_current_state() # 尝试规划一条笛卡尔空间下的路径，依次通过所有路点 while fraction < 1.0 and attempts < maxtries: #规划路径，fraction返回1代表规划成功 (plan, fraction) = arm.compute_cartesian_path ( waypoints, # waypoint poses，路点列表，这里是5个点 0.001, # eef_step，终端步进值，每隔0.01m计算一次逆解判断能否可达 0.0, # jump_threshold，跳跃阈值，设置为0代表不允许跳跃 True) # avoid_collisions，避障规划可终端显示Invalid Trajectory: start point deviates from current robot state more than 0.01 joint 'joint_3'，这是为什么呀？不是在代码中已经arm.set_start_state_to_current_state()了嘛？为什么还会有起始点与机械臂位置差距大的原因啊？我现在只是在moveit里进行仿真，并没有用到真实机器人。

2020-04-11 11:07

举报

回复

发布取消
佚名

0

大神，moveit运动规划时，Joint_states中为什么只有各关节位置数据，而没有关节速度

2019-12-11 21:23

删除

回复

发布取消

古月作者

demo里是一个简单的仿真，没算到速度级别

2019-12-12 20:03

举报

回复

发布取消

佚名

回复@古月：老师，谢谢您的回复！如果我要得到机械臂在轨迹上运动的实时关节速度和加速度，是不是一定要用运动控制器，像Abotix关节控制器，或在gazebo中仿真用到的那些关节轨迹控制器等

2019-12-12 21:23

删除

回复

发布取消

佚名

回复@古月：老师，您在讲轨迹重定义那块时，moveit_revise_trajectory_demo.py文件中有获得在路径点下的关节速度这一命令，我怎样得到路点的一组关节速度？

2019-12-13 09:19

删除

回复

发布取消

古月作者

回复@作者：需要用可以反馈速度和加速度的控制器

2019-12-23 15:25

举报

回复

发布取消

古月作者

回复@作者：那个程序获取的路径点中是有速度信息的

2019-12-23 15:27

举报

回复

发布取消
佚名

0

关于第十章的抓取，一直不能成功，显示无法找到目标，请问是无法求得逆解的问题吗？

2019-10-23 09:59

删除

回复

发布取消
佚名

0

求教一下joint state节点是在哪儿发布的想修改一下发布频率没找到

2019-10-10 09:31

删除

回复

发布取消

佚名

想获取moveit！生成的路径，订阅/joint_state发现他是频率是10Hz，想获取的路径点更密一点，应该怎么修改

2019-10-10 13:38

删除

回复

发布取消
佚名

0

古老师，我使用的是moveit官网给的python接口，当运行python程序时，出现以下错误， Traceback (most recent call last): File "move_group_python_interface_tutorial.py", line 54, in from moveit_commander.conversions import pose_to_list File "/opt/ros/kinetic/lib/python2.7/dist-packages/moveit_commander/conversions.py", line 36, in from moveit_commander import MoveItCommanderException ImportError: cannot import name MoveItCommanderException 但是这是官网给的程序啊，这个问题卡了我好几天了，非常感谢您的解答。

2019-08-22 15:43

删除

回复

发布取消
佚名

0

古老师，在用moveit做机械臂的工作空间规划时需要指定目标点的orientation，我是先构建姿态矩阵再用公式转换的，可以构建出来的四元数orientation和在rviz中显示看到的总会有区别，某些区域匹配，某些区域就不匹配了，ros里面的orientation有什么特别的设置吗 q_{0}=\frac{1}{2}\sqrt{1+r_{11}+r_{22}+r_{33}} q_{1}=\frac{r_{32}-r_{23}}{4q_{0}} q_{2}=\frac{r_{13}-r_{31}}{4q_{0}} q_{3}=\frac{r_{21}-r_{12}}{4q_{0}}

2019-08-15 17:35

删除

回复

发布取消

古月作者

没有什么特别的，可以直接用tf中的API做转换

2019-08-18 10:05

举报

回复

发布取消

佚名

回复@古月：我之前只找到了四元数和欧拉角之间的转换函数，point = tf.transformations.quaternion_from_euler(0,0,0.181514) 但是我的输入是两个点求得的一个矢量，请问有实现四元数和矢量之间的转换函数吗

2019-08-28 10:02

删除

回复

发布取消

古月作者

回复@作者：请参考tf的API文档

2019-09-01 13:55

举报

回复

发布取消
佚名

0

古月老师您好，我在使用moveit做碰撞检测时，发现只能完成机械臂和coliision_object之间的碰撞检测，即便使用attach_box，也只是让物体随机械臂运动。我想知道如何在规划中考虑物体和物体之间的碰撞？比如使用机械臂抓取物体，在规划时同时考虑抓取的物体和环境中的物体不产生碰撞。

2019-08-13 14:04

删除

回复

发布取消

古月作者

避障是在规划时同时考虑的，只要把障碍物体添加入环境

2019-08-13 15:37

举报

回复

发布取消

佚名

回复@古月：谢谢老师的回复！将物体添加进环境中时，规划时规划器会考虑机器人和环境中物体的碰撞，但是不会考虑环境中物体之间的碰撞。比如机器人抓取一个物放到一个盒子里，我用attached object将物体附在机械臂的end effector，但是在规划的时候抓取的那个物体和盒子之间的碰撞时没有考虑的。我不太清楚这个应该怎么解决，希望您可以给一些指导，十分感谢！

2019-08-13 23:11

删除

回复

发布取消

古月作者

回复@作者：attached object应该是会考虑和外部物体的碰撞的

2019-08-18 10:02

举报

回复

发布取消

佚名

回复@古月：我重新尝试了以下，是可以的，之前因为在rviz界面中拖动到碰撞区没有显示红色所以误以为不可以检测。谢谢古月老师！

2019-08-19 16:24

删除

回复

发布取消
佚名

0

古月老师您好！我在按照《ROS机器人开发实践》来做机械臂的仿真，我是用solidwork生成urdf导入gazebo进行仿真，已经可以实现用rviz中的motionplan插件控制机器人运动，但是用python的接口模块movegroupCommdander控制的时候出现了问题，报错如下： ➜ ~ rosrun kinect_pitch moveit_target.py Failed to import pyassimp, see https://github.com/ros-planning/moveit/issues/86 for more info [ INFO] [1564989490.866792332, 6.111000000]: Loading robot model 'smart_robot'... [ INFO] [1564989493.965561275, 6.238000000]: Loading robot model 'smart_robot'... [ WARN] [1564989494.979076240, 6.285000000]: The root link base_link has an inertia specified in the URDF, but KDL does not support a root link with an inertia. As a workaround, you can add an extra dummy link to your URDF. [ INFO] [1564989495.295851266, 6.297000000]: Loading robot model 'smart_robot'... [ WARN] [1564989496.483935429, 6.348000000]: The root link base_link has an inertia specified in the URDF, but KDL does not support a root link with an inertia. As a workaround, you can add an extra dummy link to your URDF. Traceback (most recent call last): File "/home/yang/ws_moveit/src/kinect_pitch/src/moveit_target.py", line 130, in MoveItTarget() File "/home/yang/ws_moveit/src/kinect_pitch/src/moveit_target.py", line 21, in __init__ self.arm = moveit_commander.MoveGroupCommander('arm_right') File "/opt/ros/kinetic/lib/python2.7/dist-packages/moveit_commander/move_group.py", line 52, in __init__ self._g = _moveit_move_group_interface.MoveGroupInterface(name, robot_description, ns) RuntimeError: Unable to connect to move_group action server 'place' within allotted time (5s) 我检查过rostopic 和rosserver 中的movegroup相关东西都在，➜ ~ rostopic echo /smart_robot/joint_states也可以正常收到机器人的各关节信息，不知道怎么解决了，希望老师能提供帮助，感激不尽！

2019-08-05 15:30

删除

回复

发布取消
佚名

0

古老师，请问下，如何能够提高话题订阅的频率，能够在0.1s之内？？

2019-06-28 15:34

删除

回复

发布取消

古月作者

订阅者没有固定频率，主要取决于发布者的频率和订阅者的处理速度

2019-06-30 13:24

举报

回复

发布取消

佚名

回复@古月：胡老师，你好！为了使机械臂实时适应环境变化，需要在机械臂运动过程中实时调整机械臂的状态和目标点，请问这个该怎么操作呢？您有什么建议吗？asyncexecute()函数和execute()函数貌似都不行。

2019-08-23 22:00

删除

回复

发布取消

佚名

回复@古月：古月老师好，请问moveit!中有没有函数能输入机械臂末端位姿后给我返回六个关节角度的？我不用它自己的规划，我就想用它给我算个运动学，然后我自己去生成轨迹。 and 我下载了PROBOT_anno的工程文件，里面各个文件的功能/如何使用有教程吗？

2019-10-11 09:47

删除

回复

发布取消
佚名

0

老师您好，我现在想要用moveit规划ur做一个pick and place，我仿照您书的第十章的写好了代码，但是您的书中没有提到应该将学好的代码放在哪里，之后还有什么配置需要做吗？

2019-06-17 21:35

删除

回复

发布取消

古月作者

放在功能包里编译运行

2019-06-19 10:42

举报

回复

发布取消

佚名

通过配置完成了抓取实现吗？

2019-10-23 10:00

删除

回复

发布取消
佚名

0

老师您好！我在学习您书的第十章时遇到了几个问题： 1. 运行roslaunch marm_planning arm_planning.launch rosrun marm_planning moveit_pick_and_place_demo.py后，在rviz显示了的六轴机械臂模型，但是在抓取和放置目标的过程中，机械臂前段合拢后，目标物体的模型就消失了，在到达放置位置机械臂前段松开后才会重新出现，请问这是什么问题？ 2. 同样是运行这个launch和py文件时，我们的约束条件只有目标物体的中心点，因此末状态时常出现目标物体“横七竖八”的情况，请问有什么方法可以解决这种问题吗？（比如约束末位置时的机械臂参数？）谢谢老师！！

2019-05-31 23:34

删除

回复

发布取消
佚名

0

老师您好，我想通过moveit控制UR机械臂移动，我写了一个话题不断发布机械臂末端的位姿，想要机械臂订阅这个话题不断的根据话题中的位姿进行移动，请问老师有一些例子？我尝试实现了一下，但是接收到一个点之后，机械臂规划完路径，还没来得及移动，就收到下一个点的位置，然后机械臂就不动了，可能自己用的方法有些问题。

2019-05-31 21:32

删除

回复

发布取消

古月作者

参考《ROS By Example 2》里有类似的案例

2019-06-01 08:12

举报

回复

发布取消

佚名

回复@古月：谢谢老师的回复，我今天下载了那本书的电子版，找了一下午没有找到大致在什么位置，主要找了moveit那章，老师您能说类似案例一下大致在哪一章吗？十分感谢老师！

2019-06-01 20:35

删除

回复

发布取消

古月作者

回复@作者：应该就在moveit那章，有一个识别动态运动球的案例

2019-06-03 10:17

举报

回复

发布取消

佚名

回复@作者：你好,这本电子书能给我发一本吗？谢谢

2019-08-06 09:32

删除

回复

发布取消
佚名

0

古老师，我在运行rosrun marm_planning moveit_cartesian_demo.py _cartesian:=True 时出现Couldn't find executable named moveit_cartesian_demo.py，什么原因呢

2019-05-23 16:22

删除

回复

发布取消

古月作者

python文件添加可执行权限

2019-05-23 17:19

举报

回复

发布取消

佚名

回复@古月：已解决，谢谢

2019-05-23 20:24

删除

回复

发布取消
佚名

0

老师你好，请问从哪里可以获取源码？

2019-05-16 21:49

删除

回复

发布取消
佚名

0

古老师，我在ros机器人开发实践的10.9.2 工作空间规划编程中，参考了你写的那个py源码，只是修改了几个臂名称，为什么运行的时候机械臂不动，会报Unable to construct goal representation，是我的目标位置和姿态构建错了吗，但是这个里面的参数是我在rviz中摆到相应位置后参考rviz上的实现值啊。而且之前参考10.9.1章节时，已经实现了机械臂的关节空间规划，也能动

2019-04-28 10:59

删除

回复

发布取消

古月作者

感觉是设置的不对，参考下： https://groups.google.com/forum/#!topic/moveit-users/hux5NJ1LEGs

2019-04-28 11:41

举报

回复

发布取消

佚名

回复@古月：这个链接暂时打不开，是设置的问题吗，这是那个源码，和您书上的没啥区别啊 import rospy, sys import moveit_commander from moveit_msgs.msg import RobotTrajectory from trajectory_msgs.msg import JointTrajectoryPoint from geometry_msgs.msg import PoseStamped, Pose from tf.transformations import euler_from_quaternion, quaternion_from_euler class MoveItIkDemo: def __init__(self): moveit_commander.roscpp_initialize(sys.argv) rospy.init_node('moveit_sk_demo') left = moveit_commander.MoveGroupCommander('left') end_effector_link = left.get_end_effector_link() reference_frame = 'base_link' left.set_pose_reference_frame(reference_frame) left.allow_replanning(True) left.set_goal_position_tolerance(0.01) left.set_goal_orientation_tolerance(0.05) left.set_named_target('home') left.go() rospy.sleep(2) target_pose = PoseStamped() target_pose.header.frame_id = reference_frame target_pose.header.stamp = rospy.Time.now() target_pose.pose.position.x = 3.0704 target_pose.pose.position.y = -22.702 target_pose.pose.position.z = 4.2895 target_pose.pose.orientation.x = 0.72141 target_pose.pose.orientation.y = -0.0021503 target_pose.pose.orientation.z = -0.013211 target_pose.pose.orientation.w = 0.69238 left.set_start_state_to_current_state() left.set_pose_target(target_pose, end_effector_link) traj = left.plan() left.execute(traj) rospy.sleep(1) left.set_named_target('home') left.go() moveit_commander.roscpp_shutdown() moveit_commander.os._exit(0) if __name__ == "__main__": MoveItIkDemo()

2019-04-28 14:38

删除

回复

发布取消

佚名

回复@古月：我的臂架很大，所以位置那有的是20多m

2019-04-28 14:41

删除

回复

发布取消

佚名

回复@作者：原来是moveit_setup_assistant 自己生成的文件中少了一个东西，加上就好了，不过现在做求解的时候，会报Unable to sample any valid states for goal tree，这是我的目标姿态有问题吗？

2019-04-29 17:08

删除

回复

发布取消

古月作者

回复@作者：看不出什么问题

2019-04-30 10:51

举报

回复

发布取消

小枫

请问您后来解决这个问题了吗？和您一样，我很改了一些名称后，出现Unable to construct goal representation。期待回复，感谢～

2020-05-30 09:13

举报

回复

发布取消
佚名

0

古老师，在这个章节教程里，将probot_demo加入catkin工作空间后，无法编译通过 CMake Error at probot_demo/CMakeLists.txt:166 (target_link_libraries): Attempt to add link library "/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libconsole_bridge.so" to target "moveit_cartesian_demo" which is not built in this directory. CMake Error at /opt/ros/kinetic/share/catkin/cmake/custom_install.cmake:13 (_install): install TARGETS given target "moveit_random_demo" which does not exist in this directory. Call Stack (most recent call first): probot_demo/CMakeLists.txt:210 (install)

2019-04-21 21:42

删除

回复

发布取消

古月作者

probot_demo的CMakeLists.txt里边编译moveit_random_demo的部分删掉

2019-04-21 23:03

举报

回复

发布取消

佚名

回复@古月：老师，我发现问题在哪了，是因为我参照你的probot_demo包，编写自己的package时，Cmakelist.txt文件是复制了probot_demo包里的，在add_executable()和target_link_libraries()函数的参数没有及时修改，最后在不同的包里编译moveit_cartesian_demo和moveit_random_demo等文件,导致编译失败。

2019-04-22 14:10

删除

回复

发布取消

ROS探索总结（六十五）—— 古月私房课 | MoveIt!编程驾驭机械臂运动控制

古月

为你推荐

用Python如何实现ROS节点

ROS探索总结（二十一）——如何发布里程计消息

ROS探索总结（二十三）——解读URDF

ROS探索总结（十九）——如何配置机器人的导航功能

ROS探索总结（八）—— 键盘控制

ROS探索总结（二十四）——使用gazebo中的插件

全部评论（54）

关于作者

古月

2940

0

ROS探索总结（三十七）——有限状态机smach (1)

ROSCon2019古月君参会纪实（三）

ROS探索总结（五）——创建简单的机器人模型smartcar

相关推荐

ROS探索总结（十二）—— 坐标系统

ROS探索总结（一）——ROS简介

ROS探索总结（五十七）—— Rviz三维可视化平台

ROS探索总结（十五）—— amcl（导航与定位）

ROS探索总结（七）—— smartcar源码上传

ROS探索总结（五十二）—— MoveIt!中的运动学插件

热门泡泡

30积分 失眠，聊聊自己搞ROS的心得体会吧

5积分 ros中启动gazebo时报错

ros学习路线

各位大佬，有什么ROS定位算法推荐吗

5积分 想买能用ROS2的开发套件。或者开发板

30积分 TF_REPEATED_DATA ignoring data错误

TA的专栏

ROS探索总结

ROS2入门教程

ROS2入门21讲图文教程

专栏导航

给作者打赏

忘记密码

修改头像

添加你感兴趣的标签

举报类型（必选）

举报详情（选填）

30积分失眠，聊聊自己搞ROS的心得体会吧

5积分想买能用ROS2的开发套件。或者开发板