開發ROS 程式包控制機械臂

阿新 • • 發佈：2019-02-10

ROS（Robot Operation System）是一個機器人軟體平臺，提供一些標準作業系統服務，例如硬體抽象，底層裝置控制，常用功能實現，程序間訊息以及資料包管理。ROS是基於一種圖狀架構，從而不同節點的程序能接受，釋出，聚合各種資訊（例如感測，控制，狀態，規劃等等）。目前ROS主要支援Ubuntu。ROS（低層）使用BSD許可證，所有都是開源軟體，並能免費用於研究和商業用途。由於其強大的功能、全面的資訊及方便快捷的開發，使得開源的ROS逐漸成為機器人開發者首選的開發工具和平臺。更多學習內容詳見網頁 http://wiki.ros.org/cn。
為了學習ROS系統，實現ROS系統對微控制器的資料通訊和控制，試著通過在Ubuntu虛擬機器下編寫ROS程式包，使用鍵盤（也可以是滑鼠）控制UARM機械臂。這樣，原本控制微控制器靠的是在Windows系統上安裝的滑鼠控制程式MouseControl_V1.0.5.exe，現在要被在Ubuntu系統下執行的ROS程式包所取代。原先已經燒寫到微控制器內的程式不作更改。
這部分工作是在一位資深搞ROS的小夥伴幫助指導下完成的。在ROS下建立兩個節點（NODE）或程式包（PACKAGE）和一個話題（TOPIC），第一個節點負責捕捉電腦鍵盤資訊，並向話題傳送訊息（MESSAGE）；話題收到訊息後向外發送；第二個節點接收話題傳過來的訊息，並向微控制器串列埠傳送資料。每幀資料含11個位元組。在本專案中，節點間傳輸的訊息為按鍵按下所表徵的機械臂運動資訊。
ROS程式編寫前需要先獲取UARM官方所提供的程式中微控制器串列埠通訊、舵機控制等的相關資訊。
在ROS裡主要編寫三個程式程式碼：訊息傳送程式包ros_uarm.cpp、訊息接收程式包get_msg.cpp和話題uarm_keyboard.msg。他們的程式碼如下：

1) ros_uarm.cpp：

#include <ros/ros.h>
#include <keyboard_resolve/uarm_keyboard.h>
#include "UF_ARM.h"
#include "serial/serial.h"
#define delta_increment 2;
#define rotate_delta_increment 1;
std::string port;
std::string keyboard_topic_;
int32_t baud;
serial::Serial ser;
struct motor_velocity
{
        int16_t height; 

        int16_t stretch;
        int16_t rotate;
        int16_t hand;
};
motor_velocity arm_robot;
uint8_t SerialBuf[11];
void keyboardCallback(const keyboard_resolve::uarm_keyboard& omni_velocity)
{

        if (omni_velocity.hand_catch)
        {
                SerialBuf[10] = 1;
        }
        if (omni_velocity.hand 
_release)
        {
                SerialBuf[10] = 2;
        }
        if (omni_velocity.height_down || omni_velocity.height_up)
        {
                if (omni_velocity.height_down)
                {
                        arm_robot.height -= delta_increment;
                }
                if (omni_velocity.height_up)
                {
                        arm_robot.height += delta_increment;
                }
                 if (arm_robot.height < ARM_HEIGHT_MIN)
                {
                        arm_robot.height = ARM_HEIGHT_MIN;

                }
                 else if (arm_robot.height > ARM_HEIGHT_MAX)
                {
                        arm_robot.height = ARM_HEIGHT_MAX;
                }
                SerialBuf[7] = arm_robot.height & 0xff;
                SerialBuf[6] = (arm_robot.height >> 8) & 0xff;
        }
        if (omni_velocity.rotate_left || omni_velocity.rotate_right)
        {
                if (omni_velocity.rotate_left)
                {
                        arm_robot.rotate -= rotate_delta_increment;
                }
                if (omni_velocity.rotate_right)
                {
                        arm_robot.rotate += rotate_delta_increment;
                }
                if (arm_robot.rotate < ARM_ROTATION_MIN)
                {
                        arm_robot.rotate = ARM_ROTATION_MIN;

                }
                else if (arm_robot.rotate > ARM_ROTATION_MAX)
                {
                        arm_robot.rotate = ARM_ROTATION_MAX;
                }
                SerialBuf[3] = arm_robot.rotate & 0xff;
                SerialBuf[2] = (arm_robot.rotate >> 8) & 0xff;
        }
        if (omni_velocity.stretch_back || omni_velocity.stretch_up)
        {
                if (omni_velocity.stretch_back)
                {
                        arm_robot.stretch -= delta_increment;
                }
                if (omni_velocity.stretch_up)
                {
                        arm_robot.stretch += delta_increment;
                }
                if (arm_robot.stretch < ARM_STRETCH_MIN)
                {
                        arm_robot.stretch = ARM_STRETCH_MIN;

                }
                else if (arm_robot.stretch > ARM_STRETCH_MAX)
                {
                        arm_robot.stretch = ARM_STRETCH_MAX;
                }
                SerialBuf[5] = arm_robot.stretch & 0xff;
                SerialBuf[4] = (arm_robot.stretch >> 8) & 0xff;
        }
        if (omni_velocity.reset)
        {
         arm_robot.stretch = 0;
         arm_robot.rotate = 0;
         arm_robot.height = 0;
                SerialBuf[0] = 0xFF;
                SerialBuf[1] = 0xAA;
                SerialBuf[3] = arm_robot.rotate & 0xff;
                SerialBuf[2] = (arm_robot.rotate >> 8) & 0xff;
                SerialBuf[5] = arm_robot.stretch & 0xff;
                SerialBuf[4] = (arm_robot.stretch >> 8) & 0xff;
                SerialBuf[7] = arm_robot.height & 0xff;
                SerialBuf[6] = (arm_robot.height >> 8) & 0xff;
                SerialBuf[8] = 0;
                SerialBuf[9] = 0;
                SerialBuf[10] = 0;
        }
        std::cout<<arm_robot.hand<<"\n"<<arm_robot.height<<"\n"<<arm_robot.rotate<<"\n"<<arm_robot.stretch<<"\n";
        ser.write(SerialBuf, 11);
        std::cout << omni_velocity << "\n";
        }
int main(int argc, char** argv)
{
        ros::init(argc, argv, "get_msg");
         ros::NodeHandle node;
         node.param<std::string>("keyboard_topic", keyboard_topic_, "uarm_keyboard");
         node.param<std::string>("serial_port", port, "/dev/ttyUSB0");
         node.param<int32_t>("baud",baud,9600);
         ser.setPort(port);
         ser.setBaudrate(baud);
         serial::Timeout to = serial::Timeout(50, 50, 0, 50, 0);
         ser.setTimeout(to);
                         if (ser.isOpen())
                {
                        ser.close();
                }
                ros::Rate wait_serial(1);
                int time_count = 0;
                while (!ser.isOpen()&&ros:k())
                {
                        try
                        {
                                ser.open();
                        }
                        catch (const std::exception& e)
                        {
                                ROS_ERROR("Unable to connect to port.");
                        }
                        time_count++;
                        ROS_INFO("wait for about %ds", time_count);
                        wait_serial.sleep();
                }
         if (ser.isOpen())
         {
                 ROS_INFO("Successfully connected to serial port.");

         }
         arm_robot.stretch = 0;
         arm_robot.rotate = 0;
         arm_robot.height = 0;
         SerialBuf[0] = 0xFF;
         SerialBuf[1] = 0xAA;
                SerialBuf[3] = arm_robot.rotate & 0xff;
                SerialBuf[2] = (arm_robot.rotate >> 8) & 0xff;
                SerialBuf[5] = arm_robot.stretch & 0xff;
                SerialBuf[4] = (arm_robot.stretch >> 8) & 0xff;
                SerialBuf[7] = arm_robot.height & 0xff;
                SerialBuf[6] = (arm_robot.height >> 8) & 0xff;
         SerialBuf[8] = 0;
         SerialBuf[9] = 0;
         SerialBuf[10] = 0;
         ser.write(SerialBuf, 11);
         ros::Subscriber sub = node.subscribe(keyboard_topic_, 10, keyboardCallback);//subsribe the topic
         ros::spin();
          arm_robot.stretch = 0;
         arm_robot.rotate = 0;
         arm_robot.height = 0;
         SerialBuf[0] = 0xFF;
         SerialBuf[1] = 0xAA;
                SerialBuf[3] = arm_robot.rotate & 0xff;
                SerialBuf[2] = (arm_robot.rotate >> 8) & 0xff;
                SerialBuf[5] = arm_robot.stretch & 0xff;
                SerialBuf[4] = (arm_robot.stretch >> 8) & 0xff;
                SerialBuf[7] = arm_robot.height & 0xff;
                SerialBuf[6] = (arm_robot.height >> 8) & 0xff;
         SerialBuf[8] = 0;
         SerialBuf[9] = 0;
         SerialBuf[10] = 0;
         ser.write(SerialBuf, 11);
         return 0;
}

2) uarm_keyboard.msg：

bool rotate_left

bool rotate_right

bool stretch_up

bool stretch_back

bool height_up

bool height_down

bool hand_catch

bool hand_release

bool reset

開發ROS 程式包控制機械臂

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ROS系列五:編譯ROS程式包

ROS系列四:建立ROS程式包

用kdevelop構建ROS程式包之間聯絡

ros回爐3-編譯ros程式包

學習6:編譯ROS程式包，和學習ROS節點

ROS URDF(二): 控制URDF機械臂模型運動：解決URDF模型不隨joint_states運動問題

ros控制虛擬和實際ur機械臂

ROS機器人Diego 1#製作（十四）機械臂的控制---arduino驅動

六自由度機械臂控制系統設計與運動學模擬-論文筆記整理

【ROS】建立工作空間和程式包

【ROS】基本概念的理解：程式包、節點、訊息、話題、服務、包

【ROS學習】Solidworks模型轉化為URDF檔案格式+三連桿機械臂示例+逆運動學

VS開發應用程式控制windows服務安裝、解除安裝、啟停許可權問題

（1）搭建QT環境來開發ROS包

20181220 Oracle程式包基本開發邏輯

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