ROS中3D机器人建模(四)

一.创建一个7-DOF机械臂机器人

创建一个名为seven_dof_arm.xacro的文件，写入相应的代码，其关节名称如下：

bottom_joint

shoulder_pan_joint

shoulder_pitch_joint

elbow_roll_joint

elbow_pitch_joint

wrist_roll_joint

wrist_pitch_joint

gripper_roll_joint

finger_joint1

finger_joint2

二.解析7-DOF机械臂的xacro模型

我们将在这个机器人上定义10个连杆和9个关节，在机器人夹爪中定义2个连杆和2个关节。

1.使用常量

在xacro中使用常量可以让机器人的描述更简短、更可读。我们定义了每个连杆的角度-弧度换系数、PI值、长度 、高度和宽度：

<xacro:property name="deg_to_rad" value="0.01745329251994329577"/>
<xacro:property name="M_PI" value="3.14159"/>
 <xacro:property name="elbow_pitch_len" value="0.22" />
<xacro:property name="elbow_pitch_width" value="0.04" />
 <xacro:property name="elbow_pitch_height" value="0.04" />

2.使用宏

在以下代码中定义了宏，避免重复并使代码更加简短。如下：

 85    <xacro:macro name="inertial_matrix" params="mass">
 86       <inertial>
 87         <mass value="${mass}" />
 88         <inertia ixx="1.0" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="0.5" iyz="0.0" izz="1.    0" />
 89       </inertial>
 90    </xacro:macro>

这是惯性矩阵宏的定义，其中我们用mass作为参数。

92    <xacro:macro name="transmission_block" params="joint_name">
 93       <transmission name="tran1">
 94         <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
 95         <joint name="${joint_name}">
 96           <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</ha    rdwareInterface>
 97         </joint>
 98         <actuator name="motor1">
 99           <hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</ha    rdwareInterface>
100           <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
101         </actuator>
102       </transmission>
103    </xacro:macro>

在这段代码中我们可以看到使用transmission（传动)标签的定义。

transmission标签将关节与执行机构相关联。它定义了我们在某一关节中使用的传动类型，马达的类型即参数。

它还定义了我们与ROS控制器通信时使用的硬件接口的类型。

3.包含其他xacro文件

我们可以通过使用xacro : include标签包含传感器的xacro定义来扩展xacro的功能。下面代码片段展示了如何在机器人xacro中包含传感器定义：

<xacro:include filename="$(find mastering_ros_robot_description_pkg)/urd    f/sensors/xtion_pro_live.urdf.xacro"/>
在这里我们包含了一个叫做Asus Xtion pro的传感器的xacro定义，当解析xacro文件时，这个定义被展开

使用"$(find mastering_ros_robot_description_pkg)/urd    f/sensors/xtion_pro_live.urdf.xacro"/>我们就可以访问传感器的xacro定义，

其中find是查找当前mastering_ros_robot_description_pkg软件包的位置。

4.使用机器人夹爪

机器人夹爪用于抓取和放置物体，夹爪属于简单的连接类型，他有2个关节，每个关节都是滑动关节，以下是一个夹爪关节的joint定义：

440   <joint name="finger_joint1" type="prismatic">
441     <parent link="gripper_roll_link"/>
442     <child link="gripper_finger_link1"/>
443     <origin xyz="0.0 0 0" />
444     <axis xyz="0 1 0" />
445       <limit effort="100" lower="0" upper="0.03" velocity="1.0"/>
446
447
448       <safety_controller k_position="20"
449                          k_velocity="20"
450                          soft_lower_limit="${-0.15 }"
451                          soft_upper_limit="${ 0.0 }"/>
452
453
454     <dynamics damping="50" friction="1"/>
455   </joint>

在这里，夹爪的第一个关节由gripper_roll_link和gripper_finger_link1构成，第二个关节由gripper_roll_link和gripper_finger_link2构成。

连接结构如图所示：

5.在RViz中查看7-DOF机械臂

建立好机器人的模型后，我们可以在RViz中查看设计好的xacro文件，并使用关节状态发布者(joint state publisher)节点控制每个关节，使用机器人状态发布者(robot state publisher)节点发布机器人状态。

可以使用名为view_arm.launch的启动文件去启动机器人仿真，代码如下：

 1 <launch>
 2     <arg name="model" />
 3     <!-- Parsing xacro and setting robot_description parameter -->
 4
 5     <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder    $(find mastering_ros_robot_description_pkg)/urdf/seven_dof_arm.xacro" />
 6
 7
 8     <!-- Setting gui parameter to true for display joint slider -->
 9     <param name="use_gui" value="true"/>
10
11     <!-- Starting Joint state publisher node which will publish the joint v   alues -->
12     <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="jo   int_state_publisher" />
13
14     <!-- Starting robot state publish which will publish tf -->
15     <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="st   ate_publisher" />
16
17     <!-- Launch visualization in rviz -->
18     <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mastering_ros_   robot_description_pkg)/urdf.rviz" required="true" />
19
20 </launch>

使用以下命令启动URDF：

$ roslaunch mastering_ros_robot_description_pkg view_arm.launch

该机器人将在RViz上显示，且同时打开了关节状态发布者(joint state publisher)的GUI

如图所示：

理解关节状态发布者
关节状态发布者(joint state publisher)是一个ROS软件包，常用于与机器人的每个关节进行交互。该软件包包含joint_state_publisher节点，该节点将从URDF模型中找到非固定关节，

并以sersor_msgs/JointState的消息格式发布每一个关节的关节状态值。

在前面的启动文件view_arm.launsh中，我们启动了joint_state_publisher节点并将一个命名为use_gui的参数设置为true，如下所示：

 9     <param name="use_gui" value="true"/>
10
11     <!-- Starting Joint state publisher node which will publish the joint values    -->
12     <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_st   ate_publisher" />

如果我们将use_gui设置为true，那么joint_state_publisher节点将显示一个基于滑动条控件的窗口来控制每个关节。

关节的下限位值和上限位值将取自joint标签内的limit标签相关联的上下限位数据。

理解机器人状态发布者

机器人状态发布者(robot state publisher)软件包可以将机器人的状态发布到tf，此软件包订阅了机器人的关节状态，使用URDF模型的运动表示来发布

每个连杆的3D姿态，我们可以在启动文件中使用以下代码来实现机器人状态发布者节点：

14     <!-- Starting robot state publish which will publish tf -->
15     <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="stat   e_publisher" />

在前面的启动文件view_arm.launch中，我们启动了这个节点来发布机械臂的tf，我们可以通过点击RViz上的tf选项可视化机器人的变换。