MoveIT Rviz和Gazebo联合仿真

接前两篇：

ROS MoveIT1（Noetic）安装总结
Solidworks导出为URDF用于MoveIT总结（带prismatic）
MoveIT1 Assistant 总结

环境

• Ubuntu20.04；
• ROS1 Noetic;
• VMware

安装

sudo apt-get install ros-noetic-joint-state-controller
sudo apt-get install ros-noetic-effort-controllers
sudo apt-get install ros-noetic-position-controllers
sudo apt-get install ros-noetic-joint-trajectory-controller
sudo apt-get install ros-noetic-controller-manager
sudo apt-get install ros-noetic-gazebo-ros-control
sudo apt-get install ros-noetic-ros-controllers

概述

URDF 用于创建机器人模型、Rviz 可以显示机器人感知到的环境信息，Gazebo 用于物理环境仿真。

先在Moveit!端配置关节和传感器接口yaml文件，将其加载到rviz端；再在机器人端配置ros_control和接口yaml文件，将机器人加载到Gazebo。

最后同时启动加载有ros_control的Gazebo和加载有Moveit的rviz，达到联合仿真的目的。

ros_control框架

ros_control包由以下几部分：

• combined_robot_hw（硬件包）：一个允许将多个RobotHW组合成一个“RobotHW”的软件包。

• controller_interface（controller接口）

• controller_manager（controller管理器）：提供了一个近乎实时的controller管理器，用于管理（加载、卸载、启停）controllers。

• controller_manager_msg（controller管理器的消息类型）：定义了controller的状态消息类型msg，以及调用controller_manager的服务类型srv。

• hardware_interface（硬件底层的接口）：向硬件发送(write())命令并从硬件接收(read())联合状态。
  https://github.com/ros-controls/ros_control/wiki/hardware_interface
  

• joint_limits_interface（joints限制接口）：根据URDF中的limit标签，将joint limit载入到硬件层中。

• transmission_interface（传动接口）：根据URDF中的transmission标签将该关系载入到硬件层中。

• realtime_tools（实时控制工具）:包含一组可以从硬实时线程中使用的工具，而不会破坏实时行为。

ros_control数据流

• Controller Manager：每个机器人可能有多个controller，所以这里有一个控制器管理器的概念，提供一种通用的接口来管理不同的controller。controller manager的输入就是ROS上层应用的输出。

• Controller：controller可以完成每个joint的控制，请求下层的硬件资源，并且提供了PID控制器，读取硬件资源接口中的状态，在发布控制命令。
  

• Hardware Rescource：为上下两层提供硬件资源的接口。

• RobotHW：硬件抽象层和硬件直接打交道，通过write和read方法来完成硬件的操作，这一层也包含关节限位、力矩转换、状态转换等功能。

• Real Robot：实际的机器人上也需要有自己的嵌入式控制器，接收到命令后需要反映到执行器上，比如接收到位置1的命令后，那就需要让执行器快速、稳定的到达位置1。

【控制流】
ROS中的Controller manager接收load_controller、unload_controller等命令来加载和运行不同类型的controller（例如joint_position），这些controller通过Hardware Resource接口向硬件抽象层RobotHW读取和发布控制命令，这些命令再输入到机器人上的嵌入控制器上，然后有执行器执行。

文件配置

/home/gw2/ws_moveit/src/assis_1/config/robot_controller.yaml中定义的是"position_controllers/JointTrajectoryController"，则URDF中定义的transmission中如果使用的是PositionJointInterface必须要对应，否则会提示找不到controller。

    <transmission name="trans_Joint1"><type>transmission_interface/SimpleTransmission</type><joint name="Joint1"><hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface></joint><actuator name="Joint1_motor"><hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface><mechanicalReduction>1</mechanicalReduction></actuator></transmission><transmission name="trans_Joint2"><type>transmission_interface/SimpleTransmission</type><joint name="Joint2"><hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface></joint><actuator name="Joint2_motor"><hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface><mechanicalReduction>1</mechanicalReduction></actuator></transmission><transmission name="trans_Joint3"><type>transmission_interface/SimpleTransmission</type><joint name="Joint3"><hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface></joint><actuator name="Joint3_motor"><hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface><mechanicalReduction>1</mechanicalReduction></actuator></transmission><transmission name="trans_Joint4"><type>transmission_interface/SimpleTransmission</type><joint name="Joint4"><hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface></joint><actuator name="Joint4_motor"><hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface><mechanicalReduction>1</mechanicalReduction></actuator></transmission><transmission name="trans_Joint5"><type>transmission_interface/SimpleTransmission</type><joint name="Joint5"><hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface></joint><actuator name="Joint5_motor"><hardwareInterface>hardware_interface/PositionJointInterface</hardwareInterface><mechanicalReduction>1</mechanicalReduction></actuator></transmission>

在urdf中加入gazebo的ros_control插件，如果不加，运行gazebo会显示机械臂都耷拉在地上，仿佛电机没有使能一样。

    <gazebo><plugin name="gazebo_ros_control"  filename="libgazebo_ros_control.so"><plugin name="joint_state_publisher" filename="libgazebo_ros_joint_state_publisher.so"><jointName>Joint1,Joint2,Joint3,Joint4,Joint5</jointName></plugin><robotNamespace>/</robotNamespace></plugin></gazebo>

检查ros_controllers.launch的args="control"不要有空格。

修改ros_controllers.yaml：

control:type: position_controllers/JointTrajectoryControllerjoints:- Joint1- Joint2- Joint3- Joint4- Joint5gains:Joint1: { p: 12000, d: 50, i: 0.0, i_clamp: 10000 }Joint2: { p: 12000, d: 50, i: 0.0, i_clamp: 10000 }Joint3: { p: 12000, d: 50, i: 0.0, i_clamp: 10000 }Joint4: { p: 12000, d: 50, i: 0.0, i_clamp: 10000 }Joint5: { p: 12000, d: 50, i: 0.0, i_clamp: 10000 }

运行rviz和gazebo:

source ~/ws_moveit/devel/setup.bash
roslaunch assis_1 demo_gazebo.launch

可以看到Rviz中的运动在Gazebo中可以同步运动。

附加工具

rqt_graph
创建一个显示当前系统ROS程序运行情况的动态图形

安装：

sudo apt install ros-noetic-rqt
sudo apt install ros-noetic-rqt-common-plugins

运行：

rosrun rqt_graph rqt_graph

可以看到结果：

通过这个图可以看到：
/move_group发送/control/follow_joint_trajectory/goal【目标位置】到机器人，机器人发送/joint_states【轴状态】到/move_group和/robot_state_publisher

rqt_joint_trajectory_controller
安装：

sudo apt-get install ros-noetic-rqt-joint-trajectory-controller

运行：

roslaunch assis_1 demo_gazebo.launch 或 roslaunch assis_1 gazebo.launch
rosrun rqt_joint_trajectory_controller rqt_joint_trajectory_controller

效果：拖动进度条可以在Gazebo实现各个关节的运动。

rqt_controller_manager
rqt插件，该插件以图形化方式加载，卸载，启动和停止控制器；同时用来显示加载的控制器的信息。

安装：

sudo apt-get install ros-noetic-rqt-controller-manager

运行：可以看到control和joint_state_controller两个控制器。

rosrun rqt_controller_manager rqt_controller_manager

故障问题解决

Spawn service failed. Exiting.
cmd /opt/ros/noetic/lib/gazebo_ros/gzserver -e ode worlds/empty.world
parse as old deprecated model file failed.
这三个错误往往一起出现，最后通过在urdf文件中添加解决：
filename=“libgazebo_ros_control.so”

https://blog.csdn.net/qq_60018807/article/details/128543981

ERROR: cannot launch node of type [controller_manager/spawner]: controller_manager接着一堆错误。

sudo apt-get install ros-kinetic-controller-manager

https://blog.csdn.net/weixin_45839124/article/details/106589576

模型自己转动，乱跑

sudo apt-get install ros-noetic-gazebo-ros-control

[ERROR] [1675950367.646886773, 0.307000000]: Failed to initialize the controller
[ERROR] [1675950367.649888591, 0.308000000]: Initializing controller ‘control’ failed
[ERROR] [1675950368.653177, 0.650000]: Failed to load control
在ros_controllers.yaml中添加前述代码。

[ERROR] [1675950605.984213275]: No p gain specified for pid. Namespace: /gazebo_ros_control/pid_gains/Joint1
[ERROR] [1675950605.988813331]: No p gain specified for pid. Namespace: /gazebo_ros_control/pid_gains/Joint2
[ERROR] [1675950605.991700327]: No p gain specified for pid. Namespace: /gazebo_ros_control/pid_gains/Joint3
[ERROR] [1675950605.995635439]: No p gain specified for pid. Namespace: /gazebo_ros_control/pid_gains/Joint4
[ERROR] [1675950605.999769977]: No p gain specified for pid. Namespace: /gazebo_ros_control/pid_gains/Joint5

添加修改ros_controllers.yaml文件：
/gazebo_ros_control:
pid_gains:

control:type: position_controllers/JointTrajectoryControllerjoints:- Joint1- Joint2- Joint3- Joint4- Joint5/gazebo_ros_control:pid_gains:Joint1: {p: 12000, d: 50, i: 0.0, i_clamp: 10000 }Joint2: {p: 12000, d: 50, i: 0.0, i_clamp: 10000 }Joint3: {p: 12000, d: 50, i: 0.0, i_clamp: 10000 }Joint4: {p: 12000, d: 50, i: 0.0, i_clamp: 10000 }Joint5: {p: 12000, d: 50, i: 0.0, i_clamp: 10000 }

但是加上以后发现Gazebo模型开始扭动起来，没眼看。最终无视这个错误即可。

https://blog.csdn.net/qq_32896521/article/details/111143282?spm=1001.2014.3001.5501
https://zhuanlan.zhihu.com/p/392635284

参考

https://blog.csdn.net/qq_34935373/article/details/95886151
https://ros-planning.github.io/moveit_tutorials/doc/gazebo_simulation/gazebo_simulation.html
http://www.guyuehome.com/890
https://blog.csdn.net/qq_41035283/article/details/120572465
http://wiki.ros.org/ros_control?distro=noetic