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古月居联合深蓝学院推出的“古月私房课”第一弹——《ROS机械臂开发：从入门到实战》已经上线啦，欢迎各位小伙伴前来围观，以下是第11讲《基于ROS设计一款机械臂控制系统》的内容精要。
大家好，这里是《ROS机械臂开发：从入门到实战》的第11讲——基于ROS设计一款机械臂控制系统，我是主讲人胡春旭。
今天我们将从以下两个方面为大家介绍ROS机械臂控制系统的设计。
首先我们来看看ROS控制系统的设计方法。
回顾之前介绍的这张框架图，其中抽象出了控制系统的关键部分，虚线左边可以利用MoveIt!快速搭建运动规划层的功能，具体如何将规划得到的数据落实到机器人上的绿色部分，是我们要实现的重点。
这里可以用之前讲过的ros_control来实现，ros_control主要分成两个层次，一个是硬件无关的控制算法，一个是和硬件相关的硬件抽象层，需要根据使用的硬件来实现硬件抽象层的read和write方法。
ros_control是一个控制器框架，如果其中没有满足我们的控制器，也可以自己进行实现，如下是一个简单的闭环控制器结构。
以上只是针对控制的部分，整个机械臂控制系统的搭建可以参考ROS-I的五层架构。
PROBOT Anno的控制系统就是基于ROS-I框架实现的，我们以此为例为大家介绍一种控制系统的设计方法。
PROBOT Anno的定位是桌面级科研和学习的ROS机械臂平台，充分支持ROS中的各种开发接口功能，目前已经上市，大家也可以参考wiki上的介绍。
在硬件层面上，PROBOT Anno的控制系统以我们开发的ROBCELL控制器为核心，向上连接PC端运行的ROS环境，向下连接驱动器和电机，驱动机械臂运动，还可以通过IO控制外部继电器。
在软件层面上，我们基于ROS-I设计了控制系统的框架。上边四个层次运行在ROS环境中，完成机械臂的运动规划和应用处理，然后用simple message发给底层控制器。控制器基于ARM+FPGA的异构SoC平台，FPGA端完成电机控制、接口扩展、算法加速等，ARM端实现轨迹控制、运动学、系统管理等，具体每个层次实现的功能如下。
交互层基于Rviz设计了一系列便于使用的交互界面。
规划层利用MoveIt!实现运动规划，集成Opencv和Tensorflow实现图像处理和识别，调用科大讯飞SDK实现语音识别，扩展交互能力。
控制和反馈信息都需要封装成具体的数据流发送，我们将这些数据划分成了四种类型。
数据封装好之后就可以利用simple message发送出去了。
控制器是设计和实现的重点，我们基于ROS中的部分功能包，进行了源码级的移植和优化。在设计时需要注意部分功能对实时性要求较高，我们单独放到了一个ARM裸核里进行处理，最大程度提高实时性。
硬件上除了六轴本体之外，还可选配多种终端执行器、相机和麦克风阵列。
基于类似的架构，我们还做过一款工业机械臂，有兴趣的小伙伴可以参考：
为了最大程度提高控制器和驱动器的一体化性能，我们还设计了集成伺服驱动算法的SoC。
精简的平台设计不再需要繁杂的通信和接线，在大大减小控制系统体积和成本的同时，提高了机器人的控制性能。
以上就是本讲的内容精要，详细讲解过程和仿真/真机演示过程请见具体课程。
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评论列表（31条）
古月老师好，ROBCELL控制器内置ros系统了吗？若其内置了ros系统，控制器本身不就可以进行运动规划、语音、图像处理等动作了吗？为什么还要连接带ros系统的上位机进行这些处理？还请一定给解答( ⊙ o ⊙ )啊！ O(∩_∩)O
请教个问题，使用ros controller 位置控制中 关节轨迹控制器，如何配置插补，想用3次样条插补，不知道在哪配置，上wiki上只找到支持 3 次 5次样条插补，但是没看到如何使用 如何配置
我在使用ros controller 实现控制真实机械臂，机械臂是通过串口arduino控制的，硬件层的测试控制没有问题，打算使用controller 位置控制器来与硬件对接。按照官方步骤重写了 read，write函数，且controller也能正常连接上，目前主要问题是为在rviz界面拖拽机械臂，可以监控到moveit规划出来（/dorobot_ros/follow_joint_trajectory/goal）消息的数据，但是为在controller中用来 存储命令的 cmd数组中读不到数据。请问这是什么原因，读写函数数据传输是正常的，不清楚moveit输出的轨迹数据，去了哪里，在哪接受，为啥cmd命令数组里是空的，每次发到硬件上的数据都是0
古月老师，我有一个疑问想请您解答一下，关于机器人编程中的资源问题，在一个实际的项目中，机器人的可用资源具体是指哪些方面呢？在编程中又如何体现呢？
古老师，你好！我目前可以对一个真实UR机器人进行控制，请问一下如何实现对两个真实机器人进行控制？主要修改那些文件？
参考PR2机器人，两个机器人分别是两个group
胡老师，我参考了PR2机器人，也进行了moveit配置运行demo.launch没问题，但是不知道如何在driver文件连接2个真实UR机械臂，请问对同时连接2个真实UR机械臂有什么建议方法吗？
另外我使用单臂UR的时候尝试更改xacro模型文件joint名称，也进行了moveit配置运行demo.launch没问题，也在controllers.yaml更改了，但获取不到关节信息，运行rostopic echo joint_states后显示的关节名称还是修改以前的，我应该还要修改哪些文件？
最好的方法就是照着别人的项目代码做，这样有参考，PR2、baxter都是双臂的。可以对文件内容进行搜索，涉及的文件还是挺多的
嗯，谢谢胡老师。如果我想在机械臂运动的时候暂停其运动，在moveit的接口.py中有没有停止指令，让机器人停止运动？
参考API手册，有stop指令
胡老师，我想让机械臂末端经过A、B、C几个路点，中间不停止，我该如何控制呢？我在你的书本上看是将每一个点当成终点进行规划然后运动，请问有什么语句或方法可以实现一次全部规划完成中间不停顿？
可以多次规划后把轨迹拼接到一起，然后执行
谢谢古月老师！我还有个问题想请教，我在demo.launch 的rviz仿真中，给末端位置执行运动规划可以实现，但当连接真实UR机械臂后给当前末端位置移动x,机械臂会乱甩，不能像仿真那样很好的移动。这是什么原因呢？
[ERROR] [1566977222.251064249]: Controller is taking too long to execute trajectory (the expected upper bound for the trajectory execution was 5.692110 seconds). Stopping trajectory.
胡老师，连接真是机器人 ABB 出现这个,求解……..
请问下古老师，如何能够将机器人的各个关节的关节状态发布到话题/joint_states，有什么方法吗？或者可以参考的地方？使用的机器人是安川的 motoman
可以自己写个驱动发布，也可以参考ROS-I里边的实现
古月老师，请问下，在机械臂实际运行的情况下，为什么会出现
[ERRO]Aborting Trajectory. Failed to send point (#0): Invalid message (3) : Trajectory start position doesn’t match current robot position (3011)
这个问题应该如何解决？
规划起始位置和当前位置差距比较大
这个问题，有什么具体的方法可以解决吗？
请问一下古老师，如何能够在交互层中设置IO接口的界面，并且能够和控制器的IO联通？
做一个qt界面，然后发送信息，再接到IO的驱动上
古月老师，这个问题我解决了，但是在实际操作过程当中，遇到如下问题：
[ERROR] [1559033590.035806668]: Aborting Trajectory. Failed to send point (#0): Invalid message (3) : Trajectory start position doesn’t match current robot position (3011)
[ERROR] [1559033600.554158922]: Controller is taking too long to execute trajectory (the expected upper bound for the trajectory execution was 10.799962 seconds). Stopping trajectory.
请问一下，这个该怎么解决呢？
胡老师您好，有一问题向您请教，在学习ROS机器人开发实践的Gazebo中的机械臂仿真部分时，在roslaunch marm_gazebo arm_gazebo_control.launch时，出现了如下错误：Could not load controller ‘joint1_position_controller’ because controller type ‘position_controllers/JointPositionController’ does not exist. 请问是什么原因，应如何解决？万分感谢！
安装ros-control、ros-controllers、gazebo-ros-control
谢谢，问题解决了。
古月大神，如果希望机械臂的末端一次经过曲线上所有的点，应该怎么实现。万分感谢????
可以把所有点放到一条轨迹里再执行
谢谢您的回复，您的意思是不是先通过plan每一个点的轨迹，然后把所有点规划的结果放到一个列表中依次执行？我在仿真的时候发现，如果按照每个点单独去规划，它的轨迹是随机的，如果再把它们拼在一起，合成的轨迹可能不是我希望的一条曲线。我试图把所有点放到路点（非笛卡尔路径规划ok）列表中，通过笛卡尔路径规划，没有任何一个点得到解，不知其故，烦请大神指点迷津。
就算是在工作范围内，笛卡尔路径规划也不是百分百稳定的，可以写个for循环，多规划几次，另外和使用的运动学求解器也有关系，可以换ikfast试试
胡老师您好，想请教一个问题，最近学习ROS机器人开发实践时，利用moveit控制gazebo中的机械臂，出现 ABORTED: Solution found but controller failed during execution，gazebo中的机械臂不跟随moveit中的机械臂一起运动，是什么问题？应该怎么解决？谢谢老师。
检查controller的参数配置吧，看有没有连接成功