franka_ros2

注解

franka_ros2 不支持 Windows。

franka_ros2存储库 包含 libfranka 的 ROS 2 集成。

警告

franka_ros2 目前是 beta 软件版本，所以在使用时要小心，并在 GitHub 上报告错误。

前提条件

sudo apt install -y libpoco-dev libeigen3-dev
git clone https://github.com/frankaemika/libfranka.git --recursive
cd libfranka
mkdir build && cd build
cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DBUILD_TESTS=OFF  ..
cmake --build . -j$(nproc)
cpack -G DEB
sudo dpkg -i libfranka-*.deb

可选的 .bashrc 设置

  • 要获得彩色的警告和错误消息，可以将 export RCUTILS_COLORIZED_OUTPUT=1 放入 .bashrc 文件（隐藏文件，按 ctrl + h 可显示）

  • 如果系统语言未设置为美式英语，则应输入 export LC_NUMERIC=en_US.UTF-8 到 .bashrc 以避免 RViz 出现问题。

设置

  1. 安装要求：

    sudo apt install -y \
ros-foxy-control-msgs \
ros-foxy-xacro \
ros-foxy-angles \
ros-foxy-ros2-control \
ros-foxy-realtime-tools \
ros-foxy-control-toolbox \
ros-foxy-moveit \
ros-foxy-ros2-controllers \
ros-foxy-joint-state-publisher \
ros-foxy-joint-state-publisher-gui \
ros-foxy-ament-cmake-clang-format \
python3-colcon-common-extensions

  2. 建立一个 ROS 2 工作空间：

    mkdir -p ~/franka_ros2_ws/src

  3. 克隆存储库并构建包：

    source /opt/ros/foxy/setup.bash
cd ~/franka_ros2_ws
git clone https://github.com/frankaemika/franka_ros2.git src/franka_ros2
colcon build --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
source install/setup.sh

Moveit

要查看是否一切正常，可以尝试在机器人上运行 MoveIt 示例：

ros2 launch franka_moveit_config moveit.launch.py robot_ip:=<fci-ip>

然后激活 MotionPlanning 在 RViz 中的显示。

如果没有机器人，仍然可以通过在虚拟硬件上运行来测试设置：

ros2 launch franka_moveit_config moveit.launch.py robot_ip:=dont-care use_fake_hardware:=true

等待直到可以在终端内看到来自 MoveIt 的绿色消息 You can start planning now! 。然后取消框选 PlanningScene 并再次框选打开。之后框选打开 MotionPlanning。

示例控制器

这个 repo 附带了一些位于 franka_example_controllers 包中的示例控制器。

默认情况下，使用夹爪执行以下 launch 文件。如果没有连接夹爪，则可以在 launch 文件中使用 load_gripper:=false.

移动到起始点

该控制器将机器人移动到其初始配置。

ros2 launch franka_bringup move_to_start_example_controller.launch.py robot_ip:=<fci-ip>

重力补偿

这是我们拥有的最简单的控制器，也是编写自己的控制器的一个很好的起点。它将零作为扭矩命令发送到所有关节，这意味着机器人只补偿自己的重量。

ros2 launch franka_bringup gravity_compensation_example_controller.launch.py robot_ip:=<fci-ip>

关节阻抗示例

该示例以非常柔性的周期性移动方式移动关节 4 和 5。可以尝试在运行时移动关节。

ros2 launch franka_bringup joint_impedance_example_controller.launch.py robot_ip:=<fci-ip>

包说明

本节包含对每个包的作用的更详细描述。一般来说，包结构需要遵守 此处 提出的结构。

franka_bringup

该软件包包含示例的 launch 文件以及基本的 franka.launch.py launch 文件，可用于在没有任何控制器的情况下启动机器人。

当启动机器人时：

ros2 launch franka_bringup franka.launch.py robot_ip:=<fci-ip> use_rviz:=true

除了 joint_state_broadcaster 之外，没有任何控制器在运行。然而，与机器人的连接仍然被建立，并且当前机器人位姿可在 RViz 中可视化。在这种模式下，当用户按下 stop 按钮时，机器人可以被示教。但是，一旦使用了 effort_command_interface 的控制器被启动，机器人将使用来自 libfranka 的扭矩接口。例如，可以启动 gravity_compensation_example_controller 通过运行：

ros2 control load_controller --set-state start  gravity_compensation_example_controller

这相当于运行在 重力补偿 中提到的 launch 文件 gravity_compensation_example_controller.launch.py。

当控制器通过使用以下命令被停止时：

ros2 control set_controller_state gravity_compensation_example_controller stop

机器人将停止扭矩控制并仅通过 FCI 发送其当前状态。

现在可以选择再次启动同一个控制器通过：

ros2 control set_controller_state gravity_compensation_example_controller start

或加载并启动另一个：

ros2 control load_controller --set-state start joint_impedance_example_controller

注解

当机器人因错误停止时，ros2_control_node 节点即死亡。这也将关闭所有其他节点。要从中恢复，必须先切换用户停止按钮（灰色），然后才能重新启动 launch 文件。

franka_description

该软件包包含用于可视化机器人的 xacro 文件和 meshes。此外，它包含一个 launch 文件，可以在不访问真实机器人的情况下可视化机器人模型：

ros2 launch franka_description visualize_franka.launch.py load_gripper:=<true|false>

franka_example_controllers

这个包包含一些控制器，可以看作是如何在 ROS 2 中编写控制器的示例。目前，控制器只能访问测量的关节位置和关节速度。基于此信息，控制器可以发送扭矩命令。目前无法使用例如关节位置接口等其他接口。

重要

与 franka_ros 相比，目前无法直接访问质量矩阵、科氏力扭矩或雅可比矩阵等属性。

franka_gripper

此包包含 franka_gripper_node 用于与 Franka Hand 交互。

franka_gripper_node 提供以下操作：

  • homing - 将夹爪归零并根据已安装的手指更新最大宽度。

  • move - 以定义的速度移动到目标宽度。

  • grasp - 尝试在以给定速度闭合的同时以所期望的力在所期望的宽度抓取。如果夹爪两指之间的距离 d 处于 width - epsilon.inner < d < width + epsilon.outer 的范围，则该操作是成功的。

  • gripper_action - 一个 MoveIt 的特殊抓取 action。

此外，还有一项 stop service 可以中止抓取 action 并停止抓取。

使用以下 launch 文件启动夹爪：

ros2 launch franka_gripper gripper.launch.py robot_ip:=<fci-ip>

在另一个标签中，现在可以执行归零并发送抓取命令。

ros2 action send_goal /panda_gripper/homing franka_msgs/action/Homing {}
ros2 action send_goal -f /panda_gripper/grasp franka_msgs/action/Grasp "{width: 0.00, speed: 0.03, force: 50}"

默认情况下，内部和外部 epsilon 为 0.005 米。还可以显式设置 epsilon：

ros2 action send_goal -f /panda_gripper/grasp franka_msgs/action/Grasp "{width: 0.00, speed: 0.03, force: 50, epsilon: {inner: 0.01, outer: 0.01}}"

要停止抓取，可以使用 stop service。

ros2 service call /panda_gripper/stop std_srvs/srv/Trigger {}

franka_hardware

该软件包包含 ros2_control 所需的 franka_hardware 插件。该插件从机器人的 URDF 加载，并通过机器人描述传递给控制器​​管理器。它为每个关节提供：

  • 一个包含测量的关节位置的 position state interface。

  • 一个包含测量的关节速度的 velocity state interface。

  • 一个包含测得的连杆侧包括重力的关节扭矩的 effort state interface

  • 一个包含期望的无重力的关节扭矩的 effort command interface 。

机器人的 IP 通过来自 URDF 的参数读取。

franka_moveit_config

此软件包包含 MoveIt2 的配置。有一个名为 panda_manipulator 的新移动规划组 ，其尖端位于夹爪的指尖，并且其 Z 轴旋转了 -45 度， 因此 X 轴现在朝前，使其更易于使用。移动组 panda_arm 仍可用于向后兼容。新的应用程序应该使用新的 panda_manipulator 移动组替换。

_images/move-groups.png

旧的和新的移动规划组的可视化

franka_msgs

这个包包含不同夹爪 action 的定义。

重要

与 franka_ros 相比，不再有 FrankaState 类型消息，因为目前无法从硬件类进行通信。

joint_effort_trajectory_controller

这个包包含一个修改过的 joint_trajectory_controller，它可以使用 franka_hardware::FrankaHardwareInterface 扭矩接口. 它基于此 Pull request 并向后移植到了Foxy。它提供了 MoveIt 所需的 FollowJointTrajectory。

franka_ros 和 franka_ros2 的区别

本节概述了 franka_ros 和 franka_ros2 之间的基本变化。

franka_gripper

  • 所有 topics和 actions 之前都以 franka_gripper 作为前缀。此前缀已重命名为 panda_gripper，以便在未来启用所有前缀都基于 arm_id 的工作流程，从而轻松启用多臂设置。

  • 该 stop action 现在是一个 service action，因为它不可抢占。

  • 所有 actions（除了 gripper_action）都以当前夹爪宽度作为反馈。

franka_gazebo

目前，我们不提供 Gazebo 与 franka_ros2 集成。但是，我们提供了 franka_ros。

franka_visualization

这个包已经不存在了。但是， franka_description 提供了一个launch文件来可视化机器人模型，而无需连接到机器人

franka_control

这个包已经不存在了。与机器人的连接由 franka_hardware 包中的硬件插件提供。它提供的 actions 和 services 目前未出现在 franka_ros2。

编写控制器

与 franka_ros 相比我们目前提供了简化版的控制器接口：

  • 关节位置

  • 关节速度

  • 测量扭矩

原因是硬件接口目前只支持 doubl 数据类型，无法暴露于例如 franka::RobotState。

可以将自己的控制器基于列出的 franka_example_controllers 其中之一。要计算机器人的运动学和动力学，可以在 KDL 等库中使用机器人的关节状态和 URDF（其中还有一个可用的 ROS 2 包）。

已知的问题

  • 当使用 fake_hardware 和 MoveIt 时，需要一些时间直到默认位置被应用。