【ROS进阶篇】第九讲 基于Rviz和Arbotix控制的机器人模型运动

前言

在上一节博客中我们系统的学习了对于URDF文件的编程优化方法，即Xacro，一种XML的优化语言，通过对于基本概念、语法详解、代码实例的讲述了解了如何提升URDF文件的复用性、安全性和高效性，本节文章主要介绍在Rviz环境下如何使用Arbotix控制机器人模型运动。

一、Arbotix功能包介绍

• 问题引入：

在先前的研究中，我们通过URDF文件实现了静态创建机器人模型，并可以通过可视化软件Rviz观察并实现基本操作，那么想要进一步的仿真操作，就一定需要完成对于机器人模型的运动控制，这里就引入一个对应的功能包来完成目标要求。

1. 基本简介：

Arbotix：Arbotix 是一款控制电机、舵机的控制板，并提供相应的 ros 功能包，这个功能包的功能不仅可以驱动真实的 Arbotix 控制板，它还提供一个差速控制器，通过接受速度控制指令更新机器人的 joint 状态，从而帮助我们实现机器人在 rviz 中的运动。

注：此差速控制器位于python程序包中，完整程序包还包括多种控制器，对应电机、机械臂和夹持器等；

2. 安装教程：

1. 命令行直接调用：

	sudo apt-get install ros-noetic-arbotix

2. git安装源码：

	git clone https://github.com/vanadiumlabs/arbotix_ros.git

\qquad 在下载后调用catkin_make编译完成即可；

二、控制运动流程

1. 准备工作

• 创建功能包，并编写URDF文件/通过Xacro进行优化

• 添加Arbotix配置：配置文件control.yaml如下

# 该文件是控制器配置,一个机器人模型可能有多个控制器，比如: 底盘、机械臂、夹持器(机械手).... # 因此，根 name 是 controller controllers: {
    
   # 单控制器设置 base_controller: {
    
          #类型: 差速控制器
       type: diff_controller,
       #参考坐标
       base_frame_id: base_footprint, 
       #两个轮子之间的间距
       base_width: 0.2,
       #控制频率
       ticks_meter: 2000, 
       #PID控制参数，使机器人车轮快速达到预期速度
       Kp: 12, 
       Kd: 12, 
       Ki: 0, 
       Ko: 50, 
       #加速限制
       accel_limit: 1.0 
    }
}

2. 编写并启动launch文件

• 编写launch文件：

\qquad 基本要求：
\qquad 1. 调用了arbotix_python 功能包下的 arbotix_driver 节点
\qquad 2. 通过 file 加载配置文件获取机器人信息以便驱动运动实现
\qquad 3. 配置 sim 为 true，完成仿真环境要求

<launch>
    <!--1.在参数服务器中载入urdf-->
    <!--<param name="robot_description" textfile="$(find urdf01_rviz)/urdf/xacro/demo05_car_base.urdf" />-->
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(find urdf01_rviz)/urdf/xacro/car.urdf.xacro" />
    <!--2.启动rviz-->
    <node pkg="rviz" name="rviz" type="rviz" args="-d $(find urdf01_rviz)/config/show_mycar.rviz"/>
 
    <!--3.关节状态发布节点-->
    <node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher"/>
    <!--4.机器人状态发布节点-->
    <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher"/>
 
    <!--集成 arbotix 运动控制节点,并且加载参数-->
    <node pkg="arbotix_python" type="arbotix_driver" name="driver" output="screen">
        <rosparam command="load" file="$(find urdf01_rviz)/config/control.yaml" />
        <param name="sim" value="true" />
    </node>
</launch>

• 启动launch文件：使用roslaunch命令即可
• 配置Rviz：修改Fixed Frame以及TF、Odometry下的Topic设置为odom等

• 控制运动：此时话题/cmd_vel出现，故我们可以通过发布话题消息或者输入命令完成运动控制，效果如下：

rostopic pub -r 10 /cmd_vel geometry_msgs/Twist '{linear: {x: 0.2, y: 0, z: 0}, angular: {x: 0, y: 0, z: 0.5}}'

注意：想要进一步操作可以修改Rviz的设置：

1. 显示小车运动方向：将Odometry下status下的topic修改为/odom；
2. 更改运动方向表示的箭头：将Odometry下shape的shaft radius进行修改；
3. 显示机器人坐标系：开启TF箭头；

总结

• 声明：本节博客部分参考了CSDN用户赵虚左的ROS教程，本文主要内容是使用Arbotix功能包在Rviz环境下完成对于机器人静态模型的运动控制，从基本简介、安装教程到最后的实际控制示例，从实践中深入浅出，体会如何实际控制机器人运动。下节将会介绍在Gazebo中的机器人模型仿真，敬请期待。