[ROS MoveIT 系列] Panda ARM初體驗，從RVIZ中快速上手 MoveIt 模擬

<source : greatway9999>

一、前言

什麼方式可以盡情地學機器手臂，又不用擔心撞壞它呢？當然就是在模擬環境中學習囉！

接下來，會在 ROS Rviz 的環境中，從 MoveIt 的套件應用來了解機器手臂的運動、防碰撞、路徑規劃等基本操作。

如果你還不熟悉 Rviz ，可以參考 ROS官網。Rviz 是 ROS 環境中的一種主要的可視化工具，對於開發者在除錯上，帶來很大的幫助。也因為有 Rviz ，我們可以很輕鬆地和機器手臂互動，而不用擔心破壞機器手臂或環境，讓學習變得綁手綁腳。期待測試機器手臂的路徑規劃嗎？話不多說，Let's Go！

二、一步一步認識指令

Step1. 執行演練的Launch檔並設定 Plugin (插件)

roslaunch panda_moveit_config demo.launch rviz_tutorial:=true

執行後，你會看到如上圖般，空蕩蕩的 Rviz 世界。

咦？我們的 Panda ARM呢？別擔心，請看 Rviz 的左下方，有一個和下圖一樣的 "Add" 按鈕，直接給它點下去。 

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接下來你會看到如下圖般一個頁籤為 "By display type" 的畫面，在 "moveit_ros_visualization" 的資料夾中，選擇 "MotionPlanning" ，按 "OK" 。

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這時候，夢寐以求的 Panda ARM 就出現囉！（開心～～～）

好囉！一旦把 Motion Planing 的插件載入後，我們就可以進行設置。請先看左上角選單，你會看到 Display 中的 "Global Options"，點擊它，並將 "Fixed Frame" 區域設置為 "/panda_link0"。如下圖所示。 

接下來進行 Display 中的 "MotionPlanning"設定 :

• 確認 Robot Description 設定為 " robot_description "。
• 確認 Planning Scene Topic  設定為 " /planning_scene "
• 在 Planning Request 中，將 Planning Group 改成 " panda_arm "。
• 在 Planned Path 中， 將 Trajectory Topic 設為 " /move_group/display_planned_path "。

如下圖所示 :

Step2. 初探可視化機器人 

有 4 種可視化的內容會重疊在一起 :

• 在 "/planning scene" 開發環境中的機器人設定。(預設為開啟)
• 為機器人規劃的路徑。(預設為開啟)
• 綠色 : 啟動狀態的運動控制。(預設為關閉)
• 橘色 : 目標狀態的運動控制。(預設為開啟)

每個展示化的狀態都可透過設定表單來進行開關的設定。

• 開啟機器人的可視化，可勾選 "Scene Robot"  中的 "Show Robot Visual" 。 
• 開啟路徑的可視化，可勾選 "Planned Path"  中的 "Show Robot Visual" 。 
• 開啟啟動狀態的可視化，可勾選 " Planning Request"  中的 "Query Start State" 。 
• 開啟目標狀態視化，可勾選 " Planning Request"  中的 "Query Goal State" 。 

<source : MoveIt>

Step3. 和 "熊貓" 互動

在這個步驟中，會開啟機器人、啟動狀態與目標狀態的可視化。

• 關閉機器人的可視化，取消勾選 "Scene Robot"  中的 "Show Robot Visual" 。(白色的機器人模型會消失，出現的是作為標記用的橘色機器人) 
• 開啟路徑的可視化，勾選 "Planned Path"  中的 "Show Robot Visual" 。 
• 開啟啟動狀態的可視化，勾選 " Planning Request"  中的 "Query Start State" 。 
• 開啟目標狀態視化，勾選 " Planning Request"  中的 "Query Goal State" 。 

現在畫面中應該會呈現兩個互動標記。其中一個標記對應橘色手臂，會被用來設定運動規劃的目標狀態。另一個標記對應綠色手臂，用來設定運動規劃的啟動狀態。

如果沒看到互動標記，請點選 Rviz 頂端的 "Interact" 按鈕。(備註 : 有時候工具會被隱藏，請按頂端選單中的 "+" ，將 "Interact" 加入選單中)。

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現在就可以使用這些標記來拖曳手臂，並改變手臂的方向。試試看吧！

碰撞發生！！

操作的過程中，當機器手臂的其中部分碰撞到機器手臂的另外一部分，Rviz會有什麼樣的顯示呢？

沒錯，機器手臂碰撞到的部分會變成紅色。

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"Use Collision-Aware IK" 設定選單可以在 MotionPlanning 插件中的 "Planning"標籤，進行 IK solver(解析器)的行為設定。當設定選單被勾選，解析器會試圖為預想的末端效應器找出一個避免碰撞的解決方案。當選單未被勾選，在解決方案中，解析器會允許碰撞發生。碰撞到的連桿將會持續顯示紅色，而不會受到設定選單的狀態影響。

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超出可到達工作區域的移動？

試著將末端效應器移出可到達工作區域外，看看發生什麼事？

<source : MoveIt>

移動關節或移動到Null Space (零空間)

可以透過 " MotionPlanning " 插件，選擇 "Joints" 標籤，再移動 "Nullspace Exploration"滑桿，觀察機器手臂的變化。<觀看原文作者的Demo影片>

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Step4. 熊貓的動作規劃 

現在來使用 MoveIt Rvix插件，試試看 Panda 的動作規劃。

• 在預想位置設定啟動狀態。
• 在另一個預想位置設定目標狀態。
• 確認兩個位置不會讓機器人本身發生碰撞。
• 確保路徑規劃是可視的。可在 "Planned Path" 中的 "Show Trail" 選單中檢視設定。

在 "Planning" 標籤中的 "MotionPlanning" 視窗中，點擊 "Plan" 按鈕。接著就可以看到機器手臂移動的軌跡。

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檢視軌跡停留點

從 "Panels" 選單中，選擇 "MotionPlanning - Slider"，就可以在Rviz中看到滑桿

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接著設定目標姿態，接著執行 "Plan"。此時會看到畫面右邊的中間出現 " MotionPlanning - Slider "，其內容會有 Waypoint (路點)。透過調整Waypoint數據，會發現Waypoint其實就是手臂在移動的動作位置，隨著數字增加，手臂移動的位置資訊也隨之增加，當到達最大值時 (本例為25)，Rviz會顯示所有的移動位置資訊。請見下圖。

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備註 : 一旦你的EEF到新的目標，要先點擊 "Plan"，再執行"Play"。否則你會看到前次目標的停留點。

規劃笛卡兒運動

若 "Use Cartesian Path" 設定被啟動，機器人會在笛卡兒空間中，以直線方式移動末端效應器。Waypoint高達81。如下圖。

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若未啟動 "Use Cartesian Path" ，Waypoint為35。請見下圖。

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繪製軌跡，調整速度

在成功完成規劃後，點擊 "Plan & Execute" 或 "Execute"，軌跡將會傳送給機器人。

一開始，預設的速度和加速度被設定在機器人最大速度的10%。你可以藉由 "Planning" 按鈕來改變，或是從機器人的 moveit_config 設定擋中修改。(位於 "joint_limits.yaml" )

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試著使用 RViz Visual Tools

從 "Panel" 選單中，選擇 "RvizVisualToolsGui" 。接著會看到新的panel加到Rviz中。

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儲存設定檔

選擇順序為 File >> Save Config 。

接著就可以準備挑戰下個單元囉！

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參考資料 :

• ROS.org : RVIZ
• MoveIt : Quickstart in RViz
• 實現智慧製造的關鍵 -末端效應器
• 工業機器人與智慧自動化之應用

#MoveIt #rviz