利用controller控制实际机器人
一、概述
本系列博文的第一篇，我们完成了双臂机器人 Rob 的建模工作；第二篇博文则详细介绍 MoveIt 模块的配置工具 Setup Assistant Tool 的使用，并配置了一个简单的使用环境。具体在程序结构上如图1所示，我们已经完成了两处红色椭圆圈出的部分，即完成了ROS Param Server （建模）的工作，同时利用系统工具配置了move_group节点。
图1
但是，到目前为止我们仍然只是在模拟环境中（Rviz）看到我们的机器人做动作，仍然没有和现实中的机器人产生关联，如何利用这个框架控制现实中的机器人则是本博文需要解决的问题。具体到程序结构上如图1所示，我们要完成绿色椭圆圈出的两个部分的工作，即将MoveIt的运动消息发送给实际的机器人，同时利用发布机器人的关节信息，实现方法如下文所述。
二、改造默认生成的 rob_moveit_config 包
我首先是直接对上一篇博文中生成的 rob_moveit_config 包进行改造，使其满足我们的实际使用要求，具体过程如下：
1. 创建 controllers.yaml 文件。
首先在 src/rob_moveit_pack/rob_moveit_config/config 文件夹下，新建一个文件 controllers.yaml， 这个文件是机器人控制器的配置（定义）文件，我们创建它是用于代替在这个目录下的 fake_controllers.yaml 文件的，这个控制器用于直接和我们的机器人进行交互。
然后打开 controllers.yaml 文件然后填写以下内容：
代码语言：javascript复制#controller_manager_ns: controller_manager
controller_list:
- name: r_rob_mover
action_ns: follow_joint_trajectory
type: FollowJointTrajectory
default: true
joints:
- r_shoulder_joint
- r_bigarm_joint
- r_rotatearm_joint
- r_elbow_joint
- r_wrist_joint
- name: l_rob_mover
action_ns: follow_joint_trajectory
type: FollowJointTrajectory
default: true
joints:
- l_shoulder_joint
- l_bigarm_joint
- l_rotatearm_joint
- l_elbow_joint
- l_wrist_joint这里我们定义了两个控制器，分别是控制右臂的 r_rob_mover 和控制左臂的 l_rob_mover ，并分别制定了两个控制器下面控制的关节名称。注意，控制器名字我们自己定义，其余部分均为ROS默认的需要的配置，关节名称需要和机器人模型文件（xacro）中的名称一致。
2. 改写 rob_robot_moveit_controller_manager.launch.xml 文件。
在 src/rob_moveit_pack/rob_moveit_config/launch 文件加下，找到 rob_robot_moveit_controller_manager.launch.xml 文件，这个文件用于配置 MoveIt 的控制器，我们需要将MoveIt 的控制器指向我们上一步创建的控制器，此文件内容改为如下：
代码语言：javascript复制
3. 改写 demo.launch 文件。
具体来说修改一下几个地方：
<1> 改写 joint_state_publisher 节点启动参数
具体话题 /joint_states 的由来详见下文。
<2> 改写 move_group.launch 文件的配置参数
<3> 添加 rob_control 节点的启动文件
具体 rob_control 节点的由来详见下一章节。
修改完成的 demo.launch 文件如下所示：
代码语言：javascript复制
launch-prefix="xterm -e"
三、添加 rob_control 包
至此，我们需要添加一个 Package 用于创建一个新的节点（Node），这个节点我们起名为 rob_control , 他的作用是：1. 处理 MoveIt 产生的运动消息，并发送给实际的机器人；2. 接收机器人传感器产生的实际运动参数，发布机器人的各个关节的关节状态。添加完新的 package 后的程序包结构如下，红色部分为新添加的包。
src
├── CMakeLists.txt
└── rob_moveit_pack
├── rob_description
├── rob_moveit_config
├── rob_control
│ ├── CMakeLists.txt
│ ├── include
│ │ └── rob_control
│ │ ├── rob_comm.h
│ │ └── rob_control.h
│ ├── launch
│ │ └── rob_control.launch
│ ├── package.xml
│ └── src
│ ├── rob_comm.cpp
│ └── rob_control.cpp
└── rob_moveit_pack
├── CMakeLists.txt
└── package.xml
这个包的程序结构如图2所示，接收 Move_Group 模块产生的机器人运动规划消息，然后通过一定的通信手段（如CAN通信、串口通信、TCP等）发送真正的给机器人，同时接收机器人的关节信息（机器人各个关节传感器测得的实际关节数据），然后将这个数据发送发布到 话题 /joint_states 上，这就是为什么第二部分的第3小节中讲到修改 demo.launch 文件中 joint_state_publisher 节点启动参数时订阅话题 /joint_states，只有这样才能实时更新机器人的状态，避免每次新的运动都从零状态出发。
图2
我们知道，ROS系统提供了一种具有抢占功能的CS（Client - Server）节点（node）通信方式，就是Actionlib，这里MoveIt 发布机器人运动消息序列就是采用这种通信方式（FollowJointTrajectoryAction
接口），以便机器人可以随时更新状态并覆盖掉未执行的老的状态。这个接口的使用方法在 rob_control.cpp 源码中有详细的使用方法，这里只做简单说明。
<1> 首先做一个定义，方便后续使用
代码语言：javascript复制typedef actionlib::SimpleActionServer
typedef actionlib::SimpleActionServer
代码语言：javascript复制//Start the ActionServer for JointTrajectoryActions from MoveIT
R_TrajectoryServer r_tserver(n2, "r_rob_mover/follow_joint_trajectory", boost::bind(&r_executeTrajectory, _1, &r_tserver), false);
ROS_INFO("TrajectoryActionServer: Starting");
r_tserver.start();
L_TrajectoryServer l_tserver(n2, "l_rob_mover/follow_joint_trajectory", boost::bind(&l_executeTrajectory, _1, &l_tserver), false);
ROS_INFO("TrajectoryActionServer: Starting");
l_tserver.start();<3> 回调函数编写（以右臂为例）
代码语言：javascript复制// Processing and JointTrajectoryAction
void r_executeTrajectory(const control_msgs::FollowJointTrajectoryGoalConstPtr& r_goal, R_TrajectoryServer* r_as)
{
robotState rs;
float lastDuration = 0.0;
int nrOfPoints = r_goal->trajectory.points.size(); // Number of points to add
for(int i=0; i { rs.j[0] = r_goal->trajectory.points[i].positions[3]*rad2deg; // ros values come in rad, internally we work in degree rs.j[1] = r_goal->trajectory.points[i].positions[0]*rad2deg; rs.j[2] = r_goal->trajectory.points[i].positions[2]*rad2deg; rs.j[3] = r_goal->trajectory.points[i].positions[1]*rad2deg; rs.j[4] = r_goal->trajectory.points[i].positions[4]*rad2deg; float dtmp = r_goal->trajectory.points[i].time_from_start.toSec(); rs.duration = dtmp - lastDuration;// time_from_start is adding up, these values are only for the single motion lastDuration = dtmp; r_targetPointList.push_back(rs); } r_as->setSucceeded(); //debug msg ROS_INFO("right arm recv: %f %f %f %f %f ,duration: %f", rs.j[0],rs.j[1],rs.j[2],rs.j[3],rs.j[4],rs.duration); }这里rob_control 包给出了一个比较通用的程序框架，大家只需稍作修改就可以应在自己的机器人项目中了 。 四、效果检验 编译完成后，在workspace目录下，运行source devel/setup.bash配置环境后直接运行： 代码语言：javascript复制roslaunch rob_moveit_config demo.launch 我们在Rviz环境中 MotionPlaning 窗口的 Planing 选项下点击 Updata 随机生成一个机器人姿态，然后分别点击 Plan 和 Execute 按钮，就完成了一次动作的运动规划，如图3所示。 图3 这个时候运动规划传送的机器人关节运动序列就通过 rob_control 节点发送给机器人了，我们可以看到部分发送的debug log如图4所示。 图4 整个程序各个节点以及话题之间的链接关系如图5所示，我们可以看到话题 /joint_states 的存在，我们就是通过它实时发布机器人的状态的，进而 tf 才能正常运转。 图5 至此我们完成了MoveIt 核心程序的配置以及和我们机器人实现了通信链接，本文给出了一个比较通用的程序框架，后面我们进一步介绍MoveIt 的用户接口的使用（User Interface ）和双臂机器人的运动学相关知识。