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xarm_ros2说明

1. 简介

    此代码库包含xArm模型文件以及相关的控制、规划等示例开发包。开发及测试使用的环境如下

  • Ubuntu 20.04 + ROS Foxy

  • Ubuntu 20.04 ROS Galactic

  • Ubuntu 22.04 + ROS Humble

    请根据不同ros2版本切换到对应的代码分支（没有对应的代码分支表示未在该版本测试过）

2. 更新记录

  • 新增xarm_gazebo以支持gazebo，并和moveit关联

  • 支持加载其它模型到机械臂末端

  • 新增xarm_moveit_servo支持xbox手柄/SpaceMouse/键盘控制

  • (2022-09-07) 变更service(set_tgpio_modbus_timeout/getset_tgpio_modbus_data)的参数类型，增加参数支持透传

  • (2022-09-07) 变更Topic名字(xarm_states改为robot_states)

  • (2022-09-07) 更新子模块xarm-sdk到1.11.0版本

  • (2022-09-09) [Beta]支持Ros Humble版本

  • (2022-10-10) xarm_api新增一些服务

3. 准备工作

4. 使用说明

  • 4.1 创建工作区

    # 如果已经有自己工作区，请跳过这一步骤
$ cd ~
$ mkdir -p dev_ws/src

  • 4.2 获取xarm_ros2源码包

    $ cd ~/dev_ws/src
# 注意需要--recursive参数，否则不会下载源码包的子模块源码
$ git clone https://github.com/xArm-Developer/xarm_ros2.git --recursive

  • 4.3 升级xarm_ros2源码包

    $ cd ~/dev_ws/src/xarm_ros2
$ git pull
$ git submodule sync
$ git submodule update --init --remote

  • 4.4 安装xarm_ros2依赖

    # 记得先source已安装的ros2环境
$ cd ~/dev_ws/src/
$ rosdep update
$ rosdep install --from-paths . --ignore-src --rosdistro $ROS_DISTRO -y

  • 4.5 编译xarm_ros2

    # 记得先source已安装的ros2环境和moveit2环境
$ cd ~/dev_ws/
# 编译所有包
$ colcon build

# 编译单个包
$ colcon build --packages-select xarm_api

5. 模块说明

注意1： 如果当前局域网有多人使用ros2，为避免相互间发生干扰，请设置一下 ROS_DOMAIN_ID

注意2： 运行xarm_ros2中的程序或启动脚本之前请先source当前工作区环境

$ cd ~/dev_ws/
$ source install/setup.bash

注意3： 以下启动说明以6轴为例，5轴和7轴的用法只需找到对应的启动文件或指定对应的参数

  • 5.1 xarm_description

    此模块包含机械臂的描述文件，通过以下启动脚本可以在rviz中显示对应的机械臂模型

    $ cd ~/dev_ws/
# add_gripper为true时会加载xarm夹爪的模型
# add_vacuum_gripper为true时会加载xarm真空吸头的模型
# 注意：只能加载一款末端器件
$ ros2 launch xarm_description xarm6_rviz_display.launch.py [add_gripper:=true] [add_vacuum_gripper:=true]

  • 5.2 xarm_msgs

    此模块包含整个xarm_ros2所使用到的服务和主题通信格式，使用时请查阅每个文件里的说明. REAEME

  • 5.3 xarm_sdk

    此模块是作为子模块存在的，子模块仓库为xArm-CPLUS-SDK, 作为控制机械臂的SDK，如需使用请参阅xArm-CPLUS-SDK的文档说明

  • 5.4 xarm_api

    此模块是针对xarm_sdk封装，提供对应的ros service和ros topic，整个xarm_ros2是通过使用此模块的service和topic来和机械臂的通信的 所有service和topic默认都处于xarm/空间下(除非指定了hw_ns参数)，即joint_states的完整名字为xarm/joint_states

    • services: 所有提供的service的名字和SDK中的API名字是对应的，但是否创建对应的服务是根据xarm_api/config/xarm_params.yaml和xarm_api/config/xarm_user_params.yaml的services来决定的，只有当services下对应的service的值为true时才会创建对应的service，如果需要自定义参数，请创建xarm_api/config/xarm_user_params.yaml文件来修改，格式参照xarm_api/config/xarm_params.yaml。

      services:
    motion_enable: true
    set_mode: true
    set_state: true
    clean_conf: false
    ...

    • topics:

      joint_states: 格式为 sensor_msgs::msg::JointState

      robot_states: 格式为 xarm_msgs::msg::RobotMsg

      xarm_cgpio_states: 格式为 xarm_msgs::msg::CIOState

      uf_ftsensor_raw_states: 格式为 geometry_msgs::msg::WrenchStamped

      uf_ftsensor_ext_states: 格式为 geometry_msgs::msg::WrenchStamped

      注:: 有些话题需要在launch启动时指定特定的__report_type__才可用，参考这里.

    • 启动与测试（xArm）:

      $ cd ~/dev_ws/
# 启动xarm_driver_node
$ ros2 launch xarm_api xarm6_driver.launch.py robot_ip:=192.168.1.117
# 测试service
$ ros2 run xarm_api test_xarm_ros_client
# 测试topic
$ ros2 run xarm_api test_robot_states

    • 使用命令行（xArm）:

      $ cd ~/dev_ws/
# 启动 xarm_driver_node
$ ros2 launch xarm_api xarm6_driver.launch.py robot_ip:=192.168.1.117

# 使能所有关节:
$ ros2 service call /xarm/motion_enable xarm_msgs/srv/SetInt16ById "{id: 8, data: 1}"

# 设置适当的模式 (0) 和状态 (0)
$ ros2 service call /xarm/set_mode xarm_msgs/srv/SetInt16 "{data: 0}"
$ ros2 service call /xarm/set_state xarm_msgs/srv/SetInt16 "{data: 0}"

# 笛卡尔直线运动: (单位: mm, rad)
$ ros2 service call /xarm/set_position xarm_msgs/srv/MoveCartesian "{pose: [300, 0, 250, 3.14, 0, 0], speed: 50, acc: 500, mvtime: 0}"   

# 关节运动 适用xArm6: (单位: rad)
$ ros2 service call /xarm/set_servo_angle xarm_msgs/srv/MoveJoint "{angles: [-0.58, 0, 0, 0, 0, 0], speed: 0.35, acc: 10, mvtime: 0}"

    • 使用命令行（lite6）:

      $ cd ~/dev_ws/
# 启动 ufactory_driver_node
$ ros2 launch xarm_api lite6_driver.launch.py robot_ip:=192.168.1.161

# 使能所有关节:
$ ros2 service call /ufactory/motion_enable xarm_msgs/srv/SetInt16ById "{id: 8, data: 1}"

# 设置适当的模式 (0) 和状态 (0)
$ ros2 service call /ufactory/set_mode xarm_msgs/srv/SetInt16 "{data: 0}"
$ ros2 service call /ufactory/set_state xarm_msgs/srv/SetInt16 "{data: 0}"

# 笛卡尔直线运动: (单位: mm, rad)
$ ros2 service call /ufactory/set_position xarm_msgs/srv/MoveCartesian "{pose: [250, 0, 250, 3.14, 0, 0], speed: 50, acc: 500, mvtime: 0}"   

# 关节运动: (单位: rad)
$ ros2 service call /ufactory/set_servo_angle xarm_msgs/srv/MoveJoint "{angles: [-0.58, 0, 0, 0, 0, 0], speed: 0.35, acc: 10, mvtime: 0}"

    注: 请在使用真机测试之前仔细研究Mode, State和可用运动指令的含义。注意Lite 6与xArm系列提供的服务所在的命名空间不同。

  • 5.5 xarm_controller

    此模块是ros2_control和机械臂通信的硬件接口模块

    $ cd ~/dev_ws/
# 对于xArm系列(xarm6举例)：add_gripper为true时会加载xarm夹爪的模型
$ ros2 launch xarm_controller xarm6_control_rviz_display.launch.py robot_ip:=192.168.1.117 [add_gripper:=true]

# 对于lite 6: add_gripper为true时会加载Lite夹爪的模型
$ ros2 launch xarm_controller lite6_control_rviz_display.launch.py robot_ip:=192.168.1.161 [add_gripper:=true]

  • 5.6 xarm_moveit_config

    此模块提供了通过moveit来控制机械臂的功能

    • 【虚拟】启动moveit并在rviz显示, 控制机械臂

      $ cd ~/dev_ws/
# 对于xArm系列(xarm6举例)：add_gripper为true时会加载xarm夹爪的模型
$ ros2 launch xarm_moveit_config xarm6_moveit_fake.launch.py [add_gripper:=true]

# 对于lite 6: add_gripper为true时会加载Lite夹爪的模型
$ ros2 launch xarm_moveit_config lite6_moveit_fake.launch.py [add_gripper:=true]

    • 【真机】启动moveit并在rviz显示, 控制机械臂

      $ cd ~/dev_ws/
# 对于xArm系列(xarm6举例)：add_gripper为true时会加载xarm夹爪的模型
$ ros2 launch xarm_moveit_config xarm6_moveit_realmove.launch.py robot_ip:=192.168.1.117 [add_gripper:=true]

# 对于lite 6: add_gripper为true时会加载Lite夹爪的模型
$ ros2 launch xarm_moveit_config lite6_moveit_realmove.launch.py robot_ip:=192.168.1.161 [add_gripper:=true]

    • 【Dual虚拟】启动moveit并在rviz显示, 控制两台机械臂

      $ cd ~/dev_ws/
# add_gripper为true时会加载xarm夹爪的模型
# add_gripper_1参数可以单独指定左臂是否加载夹爪的模型，默认为add_gripper的值
# add_gripper_2参数可以单独指定右臂是否加载夹爪的模型，默认为add_gripper的值
# dof_1参数可以单独指定左臂轴数，默认为dof的值（这里为6，不同启动脚本不一样）
# dof_2参数可以单独指定右臂轴数，默认为dof的值（这里为6，不同启动脚本不一样）

# 对于xArm系列（xarm6）：
$ ros2 launch xarm_moveit_config dual_xarm6_moveit_fake.launch.py [add_gripper:=true]

# 对于Lite6：
$ ros2 launch xarm_moveit_config dual_lite6_moveit_fake.launch.py [add_gripper:=true]

    • 【Dual真机】启动moveit并在rviz显示, 控制两台机械臂

      $ cd ~/dev_ws/
# robot_ip_1表示左臂控制的IP地址
# robot_ip_2表示右臂控制的IP地址
# add_gripper为true时会加载xarm夹爪的模型
# add_gripper_1参数可以单独指定左臂是否加载夹爪的模型，默认为add_gripper的值
# add_gripper_2参数可以单独指定右臂是否加载夹爪的模型，默认为add_gripper的值
# dof_1参数可以单独指定左臂轴数，默认为dof的值（这里为6，不同启动脚本不一样）
# dof_2参数可以单独指定右臂轴数，默认为dof的值（这里为6，不同启动脚本不一样）

# 对于xArm系列（xarm6）：
$ ros2 launch xarm_moveit_config dual_xarm6_moveit_realmove.launch.py robot_ip_1_1:=192.168.1.117 robot_ip_2:=192.168.1.203 [add_gripper:=true]

# 对于Lite6：
$ ros2 launch xarm_moveit_config dual_lite6_moveit_realmove.launch.py robot_ip_1_1:=192.168.1.117 robot_ip_2:=192.168.1.203 [add_gripper:=true]

  • 5.7 xarm_planner

    此模块提供了通过moveit API控制机械臂

    $ cd ~/dev_ws/
# 【虚拟xArm】启动xarm_planner_node
$ ros2 launch xarm_planner xarm6_planner_fake.launch.py [add_gripper:=true]
# 【xArm真机】启动xarm_planner_node
$ ros2 launch xarm_planner xarm6_planner_realmove.launch.py robot_ip:=192.168.1.117 [add_gripper:=true]

# 【虚拟lite6】启动xarm_planner_node
$ ros2 launch xarm_planner lite6_planner_fake.launch.py [add_gripper:=true]
# 【lite6真机】启动xarm_planner_node
$ ros2 launch xarm_planner lite6_planner_realmove.launch.py robot_ip:=192.168.1.117 [add_gripper:=true]

# 运行测试(通过API控制, 根据系列型号指定robot_type为xarm或lite)
$ ros2 launch xarm_planner test_xarm_planner_api_joint.launch.py dof:=6 robot_type:=<xarm | lite>
$ ros2 launch xarm_planner test_xarm_planner_api_pose.launch.py dof:=6 robot_type:=<xarm | lite>

    以下这些测试目前仅适用于xArm:

    # 运行测试（通过service控制）
$ ros2 launch xarm_planner test_xarm_planner_client_joint.launch.py dof:=6
$ ros2 launch xarm_planner test_xarm_planner_client_pose.launch.py dof:=6

# 运行测试（通过API控制机械爪）
$ ros2 launch xarm_planner test_xarm_gripper_planner_api_joint.launch.py dof:=6

# 运行测试（通过service控制机械爪）
$ ros2 launch xarm_planner test_xarm_gripper_planner_client_joint.launch.py dof:=6

  • 5.8 xarm_gazebo

    此模块用于在gazobo上对xarm进行仿真。 注意： (1) 可能需要源码安装gazebo_ros2_control，并source所安装的gazebo_ros2_control环境。 (2) minic_joint_plugin是基于ROS1开发，我们基于此修改并集成了ROS2兼容的插件版本，供xArm Gripper仿真使用。

    • 单独测试xarm在gazebo上的显示：

      $ cd ~/dev_ws/
# 对于xArm系列（xarm6）：
$ ros2 launch xarm_gazebo xarm6_beside_table_gazebo.launch.py

# 对于Lite6：
$ ros2 launch xarm_gazebo lite6_beside_table_gazebo.launch.py

    • 联合moveit+gazebo进行控制：

      $ cd ~/dev_ws/
# 对于xArm系列（xarm6）：
$ ros2 launch xarm_moveit_config xarm6_moveit_gazebo.launch.py

# 对于Lite6：
$ ros2 launch xarm_moveit_config lite6_moveit_gazebo.launch.py

  • 5.9 xarm_moveit_servo

    此模块用于通过外部输入来控制机械臂, 基于moveit_servo。

    • 通过 XBOX360 手柄控制

      • 左摇杆控制TCP的X和Y

      • 右摇杆控制TCP的ROLL和PITCH

      • [前面]左右两个触发器控制TCP的Z

      • [前面]左右两个缓冲器控制TCP的YAW

      • 十字键控制关节1和关节2的转动

      • 按键X和按键B控制最后一个关节的转动

      • 按键Y和按键A控制倒数第二个关节的转动

      $ cd ~/dev_ws/
# XBOX Wired -> joystick_type=1
# XBOX Wireless -> joystick_type=2

# 控制虚拟xArm6机械臂
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_fake.launch.py joystick_type:=1
# 或者控制虚拟Lite6:
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_fake.launch.py dof:=6 robot_type:=lite joystick_type:=1

# 控制真实xArm5机械臂
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_realmove.launch.py robot_ip:=192.168.1.123 dof:=5 joystick_type:=1
# 或者控制真实Lite6:
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_realmove.launch.py robot_ip:=192.168.1.123 dof:=6 robot_type:=lite joystick_type:=1

    • 通过六维鼠标 3Dconnexion SpaceMouse Wireless 来控制

      • 六维鼠标的六个维度对应控制TCP的X/Y/Z/ROLL/PITCH/YAW

      • 左边按键按下时单独控制TCP的XYZ

      • 右边按键按下时单独控制TCP的ROLL/PITCH/YAW

      $ cd ~/dev_ws/
# 控制虚拟xArm6机械臂
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_fake.launch.py joystick_type:=3
# 或者控制虚拟Lite6:
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_fake.launch.py dof:=6 robot_type:=lite joystick_type:=3

# 控制真实xArm5机械臂
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_realmove.launch.py robot_ip:=192.168.1.123 dof:=5 joystick_type:=3
# 或者控制真实Lite6:
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_realmove.launch.py robot_ip:=192.168.1.123 dof:=6 robot_type:=lite joystick_type:=3

    • 通过 键盘输入 控制

      $ cd ~/dev_ws/
# 控制虚拟xArm6机械臂
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_fake.launch.py
# 或者控制虚拟Lite6:
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_fake.launch.py dof:=6 robot_type:=lite

# 控制真实xArm5机械臂
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_realmove.launch.py robot_ip:=192.168.1.123 dof:=5
# 或者控制真实Lite6:
$ ros2 launch xarm_moveit_servo xarm_moveit_servo_realmove.launch.py robot_ip:=192.168.1.123 dof:=6 robot_type:=lite

# 之后在另一个终端，运行键盘输入响应节点
$ ros2 run xarm_moveit_servo xarm_keyboard_input

6. 主要启动参数说明

  • robot_ip 机械臂IP地址，控制真机时需要。

  • report_type, 默认normal。 上报类型，支持normal/rich/dev， 不同上报类型的上报数据和上报频率不一样。

  • dof, 默认为7。 机械臂轴数，如非必须参数一般不需要指定。 对于双臂启动脚本(dual_开头的)，可以通过以下参数分别指定：

    • dof_1

    • dof_2

  • velocity_control, 默认为false。 是否使用速度控制。

  • add_gripper, 默认为false。 是否添加UF机械爪xarm_gripper，优先级高于参数add_vacuum_gripper。 对于双臂启动脚本(dual_开头的)，可以通过以下参数分别指定：

    • add_gripper_1

    • add_gripper_2

  • add_vacuum_gripper, 默认为false。 是否添加UF吸泵xarm_vacuum_gripper，设置为true的前提必须要设置参数add_gripper为false 对于双臂启动脚本(dual_开头的)，可以通过以下参数分别指定：

    • add_vacuum_gripper_1

    • add_vacuum_gripper_2

  • add_other_geometry, 默认为false。 是否添加其它几何模型到末端，设置为true的前提:参数add_gripper和add_vacuum_gripper必须为false

    • geometry_type, 默认为box, 仅仅在add_other_geometry=true时有效。 要添加的几何模型的类型，支持box/cylinder/sphere/mesh。

    • geometry_mass, 单位(kg)，默认0.1。 几何模型质量。

    • geometry_height, 单位(米)，默认0.1。 几何模型高度，geometry_type为box/cylinder/sphere有效。

    • geometry_radius, 单位(米)，默认0.1。 几何模型半径，geometry_type为cylinder/sphere有效。

    • geometry_length, 单位(米)，默认0.1。 几何模型长度，geometry_type为box有效。

    • geometry_width, 单位(米)，默认0.1。 几何模型宽度，geometry_type为box有效。

    • geometry_mesh_filename, 几何模型的文件名，geometry_type为mesh有效, 该文件需要存放于xarm_description/meshes/other/目录下面，这样就不需要在文件名里指定文件目录了。

    • geometry_mesh_origin_xyz, 默认"0 0 0"

    • geometry_mesh_origin_rpy, 默认"0 0 0" 几何模型的基准参考系相对于xArm末端法兰的参考系，geometry_type为 mesh有效。使用时注意引号: geometry_mesh_origin_xyz:='"0.05 0.0 0.0"'.

    • geometry_mesh_tcp_xyz, 默认"0 0 0"

    • geometry_mesh_tcp_rpy, 默认"0 0 0" 几何模型末端(TCP)相对于几何模型基准参考系的偏移，geometry_type为mesh有效。使用时注意引号: geometry_mesh_tcp_rpy:='"0.0 0.0 1.5708"'.

    • 添加自定义末端工具(圆柱体)示例

      $ ros2 launch xarm_gazebo xarm6_beside_table_gazebo.launch.py add_other_geometry:=true geometry_type:=cylinder geometry_height:=0.075 geometry_radius:=0.045

    对于双臂启动脚本(dual_开头的)，可以通过以下参数分别指定:

    • add_other_geometry_1

    • add_other_geometry_2

    • geometry_type_1

    • geometry_type_2

    • geometry_mass_1

    • geometry_mass_2

    • geometry_height_1

    • geometry_height_2

    • geometry_radius_1,

    • geometry_radius_2,

    • geometry_length_1

    • geometry_length_2

    • geometry_width_1

    • geometry_width_2

    • geometry_mesh_filename_1

    • geometry_mesh_filename_2

    • geometry_mesh_origin_xyz_1

    • geometry_mesh_origin_xyz_2

    • geometry_mesh_origin_rpy_1

    • geometry_mesh_origin_rpy_2

    • geometry_mesh_tcp_xyz_1

    • geometry_mesh_tcp_xyz_2

    • geometry_mesh_tcp_rpy_1

    • geometry_mesh_tcp_rpy_2

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