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NexDroid与 ROS 结合

2021-12-29

视频

我们制作了NexDroid系统连接到ROS的视频教程。

NexDroid与ROS结合-连接和使用

一、初始化 ROS 操作环境

·ROS 系统的安装

包括完整的安装步骤和出现错误的解决方式。

1.设置`sources.list`

设置电脑以安装来自packages.ros.org的软件。

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

速度过慢配置清华源镜像

sudo sh -c '. /etc/lsb-release && echo "deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/ros/ubuntu/ `lsb_release -cs` main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'

PS：下载失败，尝试对 ubuntu 配置阿里源、清华源等。下面提供一个阿里源的配置方案。

备份源列表
Ubuntu配置的默认源并不是国内的服务器，下载更新软件都比较慢。首先备份源列表文件sources.list
```
sudo cp /etc/apt/sources.list /etc/apt/sources.list_backup
```

打开sources.list文件修改

sudo gedit /etc/apt/sources.list

编辑/etc/apt/sources.list文件, 在文件最前面添加阿里云镜像源：

deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiverse
deb http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-security main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-updates main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-proposed main restricted universe multiverse
deb-src http://mirrors.aliyun.com/ubuntu/ bionic-backports main restricted universe multiverse

刷新列表

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get install build-essential

2.设置密钥

sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

3.安装

sudo apt update
sudo apt install ros-melodic-desktop-full

4.初始化`rosdep`

初始化失败，按照步骤 6 修改，初始化完成再去配置环境变量

sudo rosdep init
rosdep update

5.设置环境变量

echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc

6.`rosdeq`出错

因为服务器的原因，会遇到下面的问题，需要对配置文件进行修改

sudo rosdep init
ERROR: cannot download default sources list from:
https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/rosdep/sources.list.d/20-default.list
Website may be down.

rosdep update
reading in sources list data from /etc/ros/rosdep/sources.list.d
ERROR: error loading sources list:
('The read operation timed out')

打开包含资源下载函数的文件：

sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/sources_list.py

添加

url="https://ghproxy.com/"+url

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修改/usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdistro/__init__.py文件中的DEFAULT_INDEX_URL

sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdistro/__init__.py

DEFAULT_INDEX_URL = 'https://ghproxy.com/https://raw.githubusercontent.com/ros/rosdistro/master/index-v4.yaml'

预览

修改其余（4 个）文件中的地址，在地址 https://raw.githubusercontent.com/ 前添加https://ghproxy.com/

$ sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/gbpdistro_support.py
//修改第36行的地址
$ sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/sources_list.py 72行
//修改第72行
$ sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/rep3.py
//修改第39行
$ sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdistro/manifest_provider/github.py
//修改第68行、119行

解决 Hit 第五个地址的报错

sudo gedit /usr/lib/python2.7/dist-packages/rosdep2/gbpdistro_support.py
//在第204行添加如下代码（即在该函数块下的第一行处）
gbpdistro_url = "https://ghproxy.com/" + gbpdistro_url
//注意，原网址中代理地址的双引号是中文，直接粘贴复制会报字符识别错误

如果依然不能解决 Hit 第五个地址的报错，则修改

sudo gedit /etc/resolv.conf

将原有的 nameserver 这一行注释，并添加以下两行：

nameserver 8.8.8.8 #google域名服务器
nameserver 8.8.4.4 #google域名服务器

保存退出，执行

sudo  apt-get update

再执行

sudo rosdep init
ERROR: default sources list file already exists:
/etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list
Please delete if you wish to re-initialize

解决办法：

执行以下命令，删除已经存在的初始化文件：

sudo rm /etc/ros/rosdep/sources.list.d/20-default.list

然后再重新运行

sudo rosdep init

·ROS 功能包的安装

sudo apt-get install ros-melodic-moveit
sudo apt-get install ros-melodic-joint-state-publisher
sudo apt-get install ros-melodic-robot-state-publisher
sudo apt install ros-melodic-gazebo-ros-pkgs
sudo apt-get install ros-melodic-gazebo-ros-control
sudo apt-get install  ros-melodic-joint-trajectory-controller

·ROS 创建工作空间

mkdir -p ~/inexbot/src
cd ~/inexbot/src
catkin_init_workspace
cd ../
catkin_make

修改~/.bashrc文件

gedit ~/.bashrc

在文件末尾添加

source ~/inexbot/devel/setup.bash

把所有 inexbot 的功能包复制到inexbot/src目录下

二、对`moveit`和机器人的进行配置

连接之前，要调整 ros 与机器人之间的各轴的转动方向、关节角度上下限值、关节转动最大的速度和加速度，使它们统一。

在示教器的设置界面上可以对机器人进行设置。

ros可以修改 xacro 文件中的各个关节角的axis和limit标签下的参数，使得模型和机器人的转动方向和转动限值相统一。修改qj_config/config/joint_limits 中的max_velocity和max_acceleration，改变 ros 模型的关节转动最大的速度和加速度。

如果转动方向、关节角度上下限值、关节转动最大的速度和加速度不统一，运行过程示教器会报角度超限和伺服警报的错误

......
<joint
    name="robot_joint2"        <!--关节名称-->
    type="revolute">
    <origin
      xyz="0 0.18 -0.0525"
      rpy="0 0 0" />
    <parent
      link="robot_Link1" />
    <child
      link="robot_Link2" />
    <axis
      xyz="1 0 0" />    <!--取1为正方向，-1为负方向-->
    <limit
      lower="-3.14"
      upper="3.14"
      effort="100"
      velocity="1" />  <!--lower是关节转角下限，upper是上限，ros为弧度制，示教器为角度制-->
    <dynamics damping="0" friction="1"/>
  </joint>
......

joint_limits:
   robot_joint1:
    has_velocity_limits: true
    max_velocity: 1
    has_acceleration_limits: ture
    max_acceleration: 1
<!--max_velocity关节转动的最大速度,max_acceleration关节转动的最大加速度，单位是弧度制-->
......

三、ROS 与控制器通信

以六轴机器人为例，介绍 Ros 如何与 NRC 机器人控制器连接

1.启动控制器

2.启动 Rviz 和 Gazebo 的联合仿真环境。

roslaunch inexbot_qj robot_bringup.launch

3.添加机器人模型

点击 displays 右下角的 Add ,选择 Robot Model 添加机器人模型。

预览

4.启动 ros node 与控制器连接

rosrun inexbot_service rostopic_joint5

四、通过 moveit 控制机器人

1.设置 Goal state 控制

预览

点击 plan 产生规划轨迹，底部会显示计算用时 Time。

预览

点击 execute 执行，也可以点击 plan&execute 规划完立即执行。

2.拖拽规划器控制

拖拽规划器前端的绿色小球，光标放在小球上时，下方出现一个三维坐标，拖拽到目标点，点击 plan 产生规划轨迹，点击 execute 执行，也可以点击 plan&execute 规划完立即执行。

预览

五、C++编程实现对机器人的控制

1.创建 ros 功能包，存放程序文件

cd ~/inexbot/src
catkin_create_pkg inexbot_code std_msgs rospy roscpp
cd ../
catkin_make

2.关节空间规划

创建`moveit_joint_demo.c`

将文件放置到~/inexbot/src/inexbot_code/src路径下

//moveit_joint_demo.c
#include <ros/ros.h>
#include <moveit/move_group_interface/move_group_interface.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    //ros的初始化
    ros::init(argc, argv, "moveit_joint_demo");
    ros::AsyncSpinner spinner(1);
    spinner.start();

    //manipulator是通过moveit设置的规划组
    moveit::planning_interface::MoveGroupInterface arm("manipulator");

    //容许误差
    arm.setGoalJointTolerance(0.001);
    //最大加速度
    arm.setMaxAccelerationScalingFactor(0.2);
    //最大速度
    arm.setMaxVelocityScalingFactor(0.2);

    // 设置goal_state,控制机械臂先回到初始化位置
    //home为moveit预设的位置
    arm.setNamedTarget("home");
    //运行
    arm.move();
    sleep(1);
    //设置关节空间的六个轴的角度
    double targetPose[6] = {0.391410, -0.676384, -0.376217, 0.0, 1.052834, 0.454125};
    std::vector<double> joint_group_positions(6);
    joint_group_positions[0] = targetPose[0];
    joint_group_positions[1] = targetPose[1];
    joint_group_positions[2] = targetPose[2];
    joint_group_positions[3] = targetPose[3];
    joint_group_positions[4] = targetPose[4];
    joint_group_positions[5] = targetPose[5];

    arm.setJointValueTarget(joint_group_positions);
    arm.move();
    sleep(1);

    // 控制机械臂先回到初始化位置
    arm.setNamedTarget("home");
    arm.move();
    sleep(1);

    ros::shutdown();

    return 0;
}

修改`CMakeLists.txt`文件

在 install 标签上面添加

add_executable(moveit_joint_demo src/moveit_joint_demo.cpp)
target_link_libraries(moveit_joint_demo ${catkin_LIBRARIES})
#############
## Install ##
#############

编译代码文件

cd ~/inexbot
catkin_make

运行

rosrun inexbot_code moveit_joint_demo

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