【Gazebo仿真·一】Gazebo + Moveit + ur5e机械臂仿真

【前言】本篇文章旨在实现，在gazebo中对ur5e机械臂进行仿真，并通过moveit实现机械臂的控制。

一、仿真前准备

1.1 Gazebo安装

Ubuntu18.04 + ROS melodic，安装gazebo9：自用参考链接

1.2 UR机械臂软件包安装

 步骤：

1）创建工作空间

2）安装UR臂软件包 universal_robot

cd catkin_ws/src
git clone -b melodic-devel https://github.com/ros-industrial/universal_robot.git
cd ..
rosdep install --from-paths src --ignore-src --rosdistro melodic // 安装插件
catkin build
source devel/setup.bash

1.3 本文工作空间catkin_ws文件结构

|--catkin_ws

|----src

|------universal_robot

|------robot_gazebo

|----------robot_description

|----------ur5e_moveit_config

git地址：GitHub - Aya-nuomi/marker_track

二、在gazebo中显示ur5e机械臂

参考链接：UR5 Gazebo仿真配置(不使用MoveIt)

 步骤：

1）创建一个工作空间（使用上一步创建的catkin_ws工作空间）

2）创建一个ROS包，并创建urdf、meshes、launch文件夹

·创建ROS包 ->  robot_description

cd catkin_ws/src
mkdir -p robot_gazebo
cd robot_gazebo
catkin_create_pkg robot_description rospy roscpp

·创建urdf、meshes、launch文件夹

cd robot_description
mkdir urdf
mkdir meshes
mkdir launch

3）把ur5e的urdf、mesh文件(ur5e_moveit_config中)拷贝进来，并修改文件中的模型地址

·修改ur5e_robot.urdf.xacro文件，把xacro文件地址中包名 ur_e_description 修改为自己的包名，这里是 robot_description

<?xml version="1.0"?>
<robot name="ur5e" xmlns:xacro="http://ros.org/wiki/xacro" >

  <!-- common stuff -->
  <xacro:include filename="$(find robot_description)/urdf/common.gazebo.xacro" />
  <!-- ur5e -->
  <xacro:include filename="$(find robot_description)/urdf/ur5e.urdf.xacro" />

  <!-- my_arm -->
  <xacro:ur5e_robot prefix="" joint_limited="false"/>

  <link name="world" />
  <joint name="world_joint" type="fixed">
    <parent link="world" />
    <child link = "base_link" />
    <origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />
  </joint>

</robot>

·修改ur5e.urdf.xacro文件，操作类似上一步

4）创建ur_gazebo.launch文件，在gazebo中显示机械臂模型

·这里运行"spawn_model"节点时，参数z取0.1，使机械臂初始状态下与地面有一定的间隙，防止机械臂与地面产生干涉

<?xml version="1.0"?>	
<!-- ur_gazebo.launch  load Gazebo world and ur5e model -->
<launch>
    <!-- Gazebo world -->
    <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch">
        <arg name="world_name" default="worlds/empty.world"/>
    </include>
    <!-- parse xacro file into urdf and upload urdf to parameter server -->
    <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro --inorder '$(find robot_description)/urdf/ur5e_robot.urdf.xacro'" />
    <!-- spawn robot in gazebo -->
    <node name="spawn_gazebo_model" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model" args="-urdf -param robot_description -model robot -z 0.1" respawn="false" output="screen" />
</launch>

5）修改urdf.xacro文件, 调整机械臂初始位姿

·把第二个关节shoulder_lift_joint的初始关节角旋转−π/2，修改ur5.urdf.xacro文件，调整对应<joint>的<origin>值，改完后机械臂初始状态变成竖直的姿态

<joint name="${prefix}shoulder_lift_joint" type="revolute">
      <parent link="${prefix}shoulder_link" />
      <child link = "${prefix}upper_arm_link" />
      <origin xyz="0.0 ${shoulder_offset} 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0" />   <!--<origin xyz="0.0 ${shoulder_offset} 0.0" rpy="0.0 ${pi / 2.0} 0.0" />-->>
      <axis xyz="0 1 0" />
      ......
</joint>

6）测试

roslaunch robot_description ur_gazebo.launch

三、使用moveit控制ur5e机械臂

3.1 生成moveit配置文件 -> moveit_setup_assistant

 步骤：

1）安装moveit_setup_assistant

sudo apt install ros-melodic-moveit

2）启动moveit_setup_assistant

cd catkin_ws        // 进到工作空间内启动配置助手，才能找到机器人模型xacro文件
source devel/setup.bash
roslaunch moveit_setup_assistant setup_assistant.launch

3）导入模型文件，配置，生成配置文件夹

详细操作：MoveIt入门之——使用MoveIt配置助手生成MoveIt配置文件, MoveIt Setup Assistant

tips：ROS control那一步很重要，需要点一下

本人生成的配置文件夹为：ur5e_moveit_config，放在catkin_ws/src/robot_gazebo中。

3.2 修改moveit包（刚才生成的配置文件夹）

第一次实现moveit控制gazebo仿真ur5机械臂

1）修改moveit配置文件中.../config/ros_controllers.yaml，在末尾添加

arm_controller:
  type: position_controllers/JointTrajectoryController
  joints:
     - shoulder_pan_joint
     - shoulder_lift_joint
     - elbow_joint
     - wrist_1_joint
     - wrist_2_joint
     - wrist_3_joint
  constraints:
      goal_time: 0.6
      stopped_velocity_tolerance: 0.05
      shoulder_pan_joint: {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
      shoulder_lift_joint : {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
      elbow_joint: {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
      wrist_1_joint: {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
      wrist_2_joint: {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
      wrist_3_joint: {trajectory: 0.1, goal: 0.1}
  stop_trajectory_duration: 0.5
  state_publish_rate:  25
  action_monitor_rate: 1

2）修改.../launch/ros_controllers.launch

  <!-- Load the controllers -->
  <!-- 注释的为原来的，需要改成下面那一行 -->
  <!-- <node name="controller_spawner" pkg="controller_manager" type="spawner" respawn="false"
    output="screen" args=""/> -->
  <node name="controller_spawner" pkg="controller_manager" type="controller_manager" respawn="false"
    output="screen" args="spawn joint_state_controller arm_controller"/>

3.3 运行launch文件

catkin build
source devel/setup.bash
roslaunch ur5e_moveit_config demo_gazebo.launch

注意：开始运行launch文件时，gazebo中一直不显示ur模型，后来发现有一个bug...

需要修改.../ur5e_moveit_config/launch/gazebo.launch，因为加载模型文件时，加载的是xacro文件，不是urdf文件。

  <!-- send robot urdf to param server -->
  <!-- <param name="robot_description" textfile="$(arg urdf_path)" /> -->
  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro $(arg urdf_path)" />

Next: 在gazebo中进行二维码识别与跟随仿真