Difference between revisions of "Modelo para simulación brazo MYRAbot (urdf+gazebo)"

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Para lanzar el ''launcher'' ejecutaremos el siguiente comando en un terminal:
 
Para lanzar el ''launcher'' ejecutaremos el siguiente comando en un terminal:
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Revision as of 21:45, 12 November 2013

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Creación del modelo URDF

El formato empleado para el modelo del brazo está denominado por el acrónimo inglés URDF (Unified Robot Description Format), que emplea el lenguaje xml. Consiste en un árbol de elementos geométricos (links) conectados entre sí mediante uniones (joints) que determinan el parentesco entre ellos. Estas uniones pueden ser fijas o móviles, las móviles pueden ser a su vez rotacionales o lineales.

Comenzaremos creando el package "brazo_fer_modelo" que va a contener el modelo de nuestro brazo, con las siguientes pependencias: urdf brazo_fer std_msgs sensor_msgs tf roscpp

El modelo planteado para nuestro brazo se compone de tres archivos, uno que contiene los macros que vamos a utilizar en el archivo principal del modelo y un archivo en el que marcamos el link al que está unido el modelo. El contenido del arcivo principal del modelo es el siguiente, que guardaremos en el directorio "urdf" del package creado en un archivo llamado "brazo.xacro": 

<?xml version="1.0"?>

<robot>

	<include filename="$(find brazo_fer_modelo)/urdf/brazo-macros.xacro" />

<macro name="brazo" params="parent *origin">

  <joint name="fixed" type="fixed">
    <parent link="${parent}"/>
    <child link="base_brazo_link"/>
    <insert_block name="origin" />
    <axis xyz="0 0 1" />  
  </joint>
    
  <link name="base_brazo_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.032 0.05 0.04"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 -0.0135 0.020"/>
      <material name="black">
        <color rgba="0 0 0 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 -0.0135 0.020"/>		
      <geometry>
        <box size="0.032 0.05 0.04"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 -0.0135 0.020"/>			
      <mass value="0.055"/>
	  <default_inertia_servos />
    </inertial>       
  </link>

  <joint name="base" type="revolute">
    <parent link="base_brazo_link"/>
    <child link="hombro_link"/>
    <origin xyz="0 0 0.04" rpy="0 0 0" />
    <axis xyz="0 0 1" />
	<default_limit />
	<default_dynamics />          
  </joint>
  
  <link name="hombro_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.05"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.025"/>
      <material name="black" />
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.025"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.05"/>
      </geometry>       
    </collision> 
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.025"/>			
      <mass value="0.055"/>
	  <default_inertia_servos />
    </inertial>        
  </link>  

  <joint name="arti1" type="revolute">
    <parent link="hombro_link"/>
    <child link="brazo_link"/>  
    <origin xyz="0 0 0.0385" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />
	<default_limit />
	<default_dynamics />        
  </joint>
  
  <!--brazo-->

<servo nombre="brazo" />
  
  <joint name="servo_arti1_B" type="fixed">
    <parent link="brazo_link"/>
    <child link="brazo_link_B"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  

<base nombre="brazo" /> 
  
  <joint name="servo_arti1_D" type="fixed">
    <parent link="brazo_link"/>
    <child link="brazo_link_SI"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  

<soporte nombre="brazo" simetrico="1" lado="I" />  
  
  <joint name="servo_arti1_I" type="fixed">
    <parent link="brazo_link"/>
    <child link="brazo_link_SD"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
<soporte nombre="brazo" simetrico="-1" lado="D" />     
  
  <joint name="arti2" type="revolute">
    <parent link="brazo_link"/>
    <child link="antebrazo_link"/>
    <origin xyz="0 0 0.104" rpy="0 0 0" />
    <axis xyz="1 0 0" />
	<default_limit />
	<default_dynamics />            
  </joint>
  
  <!--antebrazo-->
  
<servo nombre="antebrazo" /> 
  
  <joint name="servo_arti2_B" type="fixed">
    <parent link="antebrazo_link"/>
    <child link="antebrazo_link_B"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
<base nombre="antebrazo" />
  
  <joint name="servo_arti2_D" type="fixed">
    <parent link="antebrazo_link"/>
    <child link="antebrazo_link_SI"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
<soporte nombre="antebrazo" simetrico="1" lado="I" />  
  
  <joint name="servo_arti2_I" type="fixed">
    <parent link="antebrazo_link"/>
    <child link="antebrazo_link_SD"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
<soporte nombre="antebrazo" simetrico="-1" lado="D" />     

  <joint name="arti3" type="revolute">
    <parent link="antebrazo_link"/>
    <child link="muneca_link"/>
    <origin xyz="0 0 0.104" rpy="0 0 0" />
    <axis xyz="1 0 0" />
	<default_limit />
	<default_dynamics />             
  </joint>
  
  <!--muneca-->
  
  <link name="muneca_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.05 0.04 0.032"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.00625 0 0.06"/>
      <material name="black" />
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.00625 0 0.06"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.05 0.04 0.032"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.00625 0 0.06"/>			
      <mass value="0.055"/>
	  <default_inertia_servos />
    </inertial>            
  </link>  
  
  <joint name="servo_arti3_B" type="fixed">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="muneca_link_B"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="muneca_link_B">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.05325 0.04 0.005"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.004625 0 0.0415"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.004625 0 0.0415"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.05325 0.04 0.005"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.004625 0 0.0415"/>		
      <mass value="0.0005"/>
	  <default_inertia />
    </inertial>              
  </link>
  
  <joint name="servo_arti3_D" type="fixed">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="muneca_link_SI"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="muneca_link_SI">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.0555"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.021 0 0.01625"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.021 0 0.01625"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.0555"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.021 0 0.01625"/>		
      <mass value="0.0005"/>
	  <default_inertia />
    </inertial>           
  </link>
  
  <joint name="servo_arti3_I" type="fixed">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="muneca_link_SD"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="muneca_link_SD">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.0555"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.021 0 0.01625"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.021 0 0.01625"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.0555"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.021 0 0.01625"/>			
      <mass value="0.0005"/>
	  <default_inertia />
    </inertial>            
  </link>
  
  <joint name="servo_arti3_P" type="fixed">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="muneca_link_P"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <!--pinza izquierda fija-->
  
  <link name="muneca_link_P">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.092"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03425 0 0.090"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03425 0 0.090"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.092"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03425 0 0.090"/>			
      <mass value="0.001"/>
	  <default_inertia />
    </inertial>           
  </link>
  
  <joint name="servo_arti3_PS" type="fixed">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="muneca_link_PS"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>
  
  <link name="muneca_link_PS">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.037"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03225 0 0.0575"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03225 0 0.0575"/>	
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.037"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0.03225 0 0.0575"/>			
      <mass value="0.0005"/>
	  <default_inertia />
    </inertial>            
  </link>             
  
  <joint name="pinza" type="revolute">
    <parent link="muneca_link"/>
    <child link="pinza_link"/>
    <origin xyz="-0.00725 0 0.06" rpy="0 0 0" />
    <axis xyz="0 1 0" />
	<default_limit />
	<default_dynamics />     
  </joint>
  
  <!--pinza-->
  
  <link name="pinza_link">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.092"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.027 0 0.030"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.027 0 0.030"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.092"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.027 0 0.030"/>		
      <mass value="0.001"/>
 	  <default_inertia />
    </inertial>           
  </link>  
  
  <joint name="servo_pinza_B" type="fixed">
    <parent link="pinza_link"/>
    <child link="pinza_link_B"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="pinza_link_B">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.032"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.025 0 0"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.025 0 0"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.04 0.032"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.025 0 0"/>		
      <mass value="0.0005"/>
	  <default_inertia />
    </inertial>           
  </link>
  
  <joint name="servo_pinza_D" type="fixed">
    <parent link="pinza_link"/>
    <child link="pinza_link_SI"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="pinza_link_SI">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.0375 0.002 0.032"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 0.021 0"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 0.021 0"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.0375 0.002 0.032"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 0.021 0"/>			
      <mass value="0.0005"/>
	  <default_inertia />
    </inertial>        
  </link>
  
  <joint name="servo_pinza_I" type="fixed">
    <parent link="pinza_link"/>
    <child link="pinza_link_SD"/>  
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
	<axis xyz="1 0 0" />    
  </joint>  
  
  <link name="pinza_link_SD">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.0375 0.002 0.032"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 -0.021 0"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 -0.021 0"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.0375 0.002 0.032"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="-0.00725 -0.021 0"/>			
      <mass value="0.0005"/>
	  <default_inertia />
    </inertial>            
  </link>

</macro>
     
</robot>

El contenido del archivo que contiene los macros, el controlador y transmisiones, que empleamos en el rachivo principal, es el siguiente, que guardaremos en el mismo directorio con el nombre "brazo-macros.xacro": 

<?xml version="1.0"?>

<robot xmlns:controller="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#controller">

<macro name="default_inertia">
      <inertia ixx="0.001" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="0.001" iyz="0.0" izz="0.001"/>
</macro>

<macro name="default_inertia_servos">
      <inertia ixx="0.01" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="0.01" iyz="0.0" izz="0.01"/>
</macro>

<macro name="default_limit">
    <limit effort="100.0" lower="-2.62" upper="2.62" velocity="3"/>
</macro>

<macro name="default_dynamics">
      <dynamics fricction="0" damping="0" />
</macro>

<macro name="servo" params="nombre">  
  <link name="${nombre}_link">
    <visual>
      <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.05"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0905"/>
      <material name="black" />
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0905"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.05"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0905"/>		
      <mass value="0.055"/>
	  <default_inertia_servos />
    </inertial>             
  </link>
</macro>

<macro name="base" params="nombre">    
  <link name="${nombre}_link_B">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.020"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0555"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0555"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.04 0.032 0.02"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0555"/>			
      <mass value="0.001"/>
	  <default_inertia />
    </inertial>           
  </link>
</macro> 

<macro name="soporte" params="nombre simetrico lado">    
  <link name="${nombre}_link_S${lado}">    
	<visual>
      <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.067"/>
      </geometry>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="${simetrico*0.021} 0 0.022"/>
      <material name="white">
		<color rgba="1 1 1 1"/>
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="${simetrico*0.021} 0 0.022"/>		
	  <geometry>
        <box size="0.002 0.032 0.067"/>
      </geometry>
    </collision>
    <inertial>
      <origin rpy="0 0 0" xyz="${simetrico*0.021} 0 0.022"/>			
      <mass value="0.001"/>
	  <default_inertia />
    </inertial>           
  </link>
</macro>

</robot>

Ahora solo falta un archivo desde el que cargaremos el principal donde indicaremos el nombre del link al que se une y el origen. Guardaremos un archivo con el nombre "brazo.urdf.xacro" con el siguiente contenido: 

<?xml version="1.0"?>

<robot name="MYRAbot-arm"
       xmlns:xi="http://www.w3.org/2001/XInclude"
       xmlns:gazebo="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#gz"
       xmlns:model="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#model"
       xmlns:sensor="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#sensor"
       xmlns:body="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#body"
       xmlns:geom="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#geom"
       xmlns:joint="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#joint"
       xmlns:interface="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#interface"
       xmlns:rendering="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#rendering"
       xmlns:renderable="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#renderable"
       xmlns:controller="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#controller"
       xmlns:physics="http://playerstage.sourceforge.net/gazebo/xmlschema/#physics">
	
	<include filename="$(find brazo_fer_modelo)/urdf/brazo.xacro" />
	
	<link name="world" />
	
	<brazo parent="world">
		<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>
	</brazo>

</robot>

Análisis del modelo

Como estamos empleando xacro para simplificar y hacer más editable el código necesitamos hacer la conversión a URDF para obtener el archivo procesado, ejecutando en un terminal la siguiente secuencia de comandos: 

roscd brazo_fer_modelo
cd urdf
rosrun xacro xacro.py brazo.urdf.xacro > brazo.urdf

Ahora podemos comprobar si el modelo que hemos creado es correcto ejecutando el siguiente comando en el terminal: 

rosrun urdf_parser check_urdf brazo.urdf

Si todo va bien deberiamos obtener lo siguiente: 

robot name is: MYRAbot_arm
---------- Successfully Parsed XML ---------------
root Link: world has 1 child(ren)
    child(1):  base_link
        child(1):  hombro_link
            child(1):  brazo_link
                child(1):  antebrazo_link
                    child(1):  muneca_link
                        child(1):  pinza_link
                            child(1):  pinza_link_B
                            child(2):  pinza_link_SI
                            child(3):  pinza_link_SD
                        child(2):  muneca_link_B
                        child(3):  muneca_link_SI
                        child(4):  muneca_link_SD
                        child(5):  muneca_link_P
                        child(6):  muneca_link_PS
                    child(2):  antebrazo_link_B
                    child(3):  antebrazo_link_SI
                    child(4):  antebrazo_link_SD
                child(2):  brazo_link_B
                child(3):  brazo_link_SI
                child(4):  brazo_link_SD

Podemos ver el árbol de relaciones de forma gráfica generando un archivo pdf, para lo que ejecutaremos en el terminal el siguiente comando: 

rosrun urdf_parser urdf_to_graphiz brazo.urdf

El resultado obtenido será el siguiente:

Árbol de relaciones modelo URBF para el brazo del MYRAbot

Prueba visual del modelo

Para poder visualizar el modelo y comprobar el correcto funcionamiento de las uniones joints vamos a crear un launcher para cargarlo en el robot_state_publisher y ejecutar el joint_state_publisher con el interfaz de publicación del estado de las uniones móviles, y el rviz para la visualización. Crearemos el archivo "brazo_rviz.launch" en el directorio "launch" del package que hemos creado, con el siguiente contenido: 

<launch>

  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro.py '$(find brazo_fer_modelo)/urdf/brazo.urdf.xacro'" />

  <node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />

  <param name="use_gui" value="true"/>

  <node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher" />

  <node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" />

</launch>

Para iniciar el launcher debemos ejecutar en un terminal el siguiente comando: 

roslaunch brazo_fer_modelo brazo_rviz.launch

Si todo va bien, se ejecutará rviz y el interfaz del joint_state_publisher, sobre el cual al modificar los controles deslizables observaremos como se modifica la posición de las uniones móviles en el modelo 3D cargado en rviz. Para que se muestre correctamente nuestro modelo en rviz debemos seleccionar el elemento link que se va ha tomar como elemento fijo "fixed frame", en nuestro caso en "Global Options" el "Fixed Frame" será el link "/world". El resultado es el que se muestra a continuación:

Modelo cargado en rviz e interfaz joint_state_publisher

Control de uniones para simulación

Una vez creado el modelo URDF y probada la correcta representación y funcionamiento de las uniones móviles, debemos añadir una serie de controladores a cada unión para poder simular en gazebo los servomotores Dynamixel AX-12A.

Pasos previos

Debemos comenzar añadiendo los packages donde se encuentran los controladores que vamos a emplear. Se trata de los controladores del PR2 por lo que necesitamos instalar los stacks pr2_simulator, pr2_mechanism y pr2_controllers. Para ello tenemos que ejecutar la siguiente secuencia de comandos en un terminal: 

sudo atp-get update
sudo apt-get install ros-VERSIÓN_ROS-pr2-simulator ros-VERSIÓN_ROS-pr2-mechanism ros-VERSIÓN_ROS-pr2-controllers

Añadir controladores a uniones móviles

Modificación del URDF

En el URDF hemos definido la geometría y propiedades físicas de los elementos (link), así como las uniones (joint) entre estos y sus características. Para poder visualizar el color que le hemos dado a cada elemento en gazebo debemos asignar a cada elemento un material gazebo. También necesitamos establecer los coeficientes de rozamiento de cada elemento, establecer si pueden colisionar los elementos entre sí y la acción de la fuerza de gravedad. A continuación se muestra la descripción para cada elemento en gazebo, que añadiremos al final de los ficheros de nuestro URDF antes de la etiqueta "</robot>", en el archivo "brazo-macros.xacro", y "</macro>", el el archivo "brazo.xacro":

  • En el archivo brazo-macros.xacro:
<macro name="gazebo_propiedades_link" params="nombre material">
  <gazebo reference="${nombre}">
	<mu1>0.5</mu1>
	<mu2>0.5</mu2>
	<material>Gazebo/${material}</material>
    <selfCollide>true</selfCollide>
    <turnGravityOff>false</turnGravityOff> 
  </gazebo>
</macro>
  • En el archivo brazo.xacro:
<gazebo_propiedades_link nombre="base_brazo_link" material="Black" />

<gazebo_propiedades_link nombre="hombro_link" material="Black" />
  
<gazebo_propiedades_link nombre="brazo_link" material="Black" />  
  
<gazebo_propiedades_link nombre="antebrazo_link" material="Black" />
   
<gazebo_propiedades_link nombre="muneca_link" material="Black" />
  
<gazebo_propiedades_link nombre="brazo_link_B" material="White" />   
  
<gazebo_propiedades_link nombre="brazo_link_SI" material="White" /> 

<gazebo_propiedades_link nombre="brazo_link_SD" material="White" />     

<gazebo_propiedades_link nombre="antebrazo_link_B" material="White" />   

<gazebo_propiedades_link nombre="antebrazo_link_SI" material="White" />   

<gazebo_propiedades_link nombre="antebrazo_link_SD" material="White" />   
  
<gazebo_propiedades_link nombre="muneca_link_B" material="White" />   

<gazebo_propiedades_link nombre="muneca_link_SI" material="White" />   
  
<gazebo_propiedades_link nombre="muneca_link_SD" material="White" />   

<gazebo_propiedades_link nombre="muneca_link_P" material="White" /> 

<gazebo_propiedades_link nombre="muneca_link_PS" material="White" />     
  
<gazebo_propiedades_link nombre="pinza_link" material="White" />   
 
<gazebo_propiedades_link nombre="pinza_link_B" material="White" />   
  
<gazebo_propiedades_link nombre="pinza_link_SI" material="White" />   
   
<gazebo_propiedades_link nombre="pinza_link_SD" material="White" />

Ahora nos queda añadir las características de las uniones móviles, el plugin del controlador que vamos a emplear para el control de estas y el modelado del mecanismo de transmisión. A continuación se muestra el código que debemos añadir al final de los ficheros de nuestro URDF antes de la etiqueta "</robot>", en el archivo "brazo-macros.xacro", y "</macro>", el el archivo "brazo.xacro":

  • En el archivo brazo-macros.xacro:
<macro name="gazebo_propiedades_joint" params="nombre">
 <gazebo reference="${nombre}">
    <erp>0.1</erp>
    <stopKd value="1000000.0" />
    <stopKp value="10000000.0" />
    <fudgeFactor value="0.5" />
 </gazebo>
</macro> 

<gazebo>   
     <controller:gazebo_ros_controller_manager name="gazebo_ros_controller_manager" plugin="libgazebo_ros_controller_manager.so">
          <alwaysOn>true</alwaysOn>
          <updateRate>1000.0</updateRate>
     </controller:gazebo_ros_controller_manager>
</gazebo>

 <transmission type="pr2_mechanism_model/SimpleTransmission" name="base_trans">
    <actuator name="base_motor" />
    <joint name="base" />
    <mechanicalReduction>1.0</mechanicalReduction>
    <motorTorqueConstant>1.0</motorTorqueConstant>
 </transmission>

 <transmission type="pr2_mechanism_model/SimpleTransmission" name="arti1_trans">
    <actuator name="arti1_motor" />
    <joint name="arti1" />
    <mechanicalReduction>1.0</mechanicalReduction>
    <motorTorqueConstant>1.0</motorTorqueConstant>
 </transmission>              
 
 <transmission type="pr2_mechanism_model/SimpleTransmission" name="arti2_trans">
    <actuator name="arti2_motor" />
    <joint name="arti2" />
    <mechanicalReduction>1.0</mechanicalReduction>
    <motorTorqueConstant>1.0</motorTorqueConstant>
 </transmission>
 
 <transmission type="pr2_mechanism_model/SimpleTransmission" name="arti3_trans">
    <actuator name="arti3_motor" />
    <joint name="arti3" />
    <mechanicalReduction>1.0</mechanicalReduction>
    <motorTorqueConstant>1.0</motorTorqueConstant>
 </transmission>

 <transmission type="pr2_mechanism_model/SimpleTransmission" name="pinza_trans">
    <actuator name="pinza_motor" />
    <joint name="pinza" />
    <mechanicalReduction>1.0</mechanicalReduction>
    <motorTorqueConstant>1.0</motorTorqueConstant>
 </transmission>
  • En el archivo brazo.xacro:
<gazebo_propiedades_joint nombre="base" />
  
<gazebo_propiedades_joint nombre="arti1" />

<gazebo_propiedades_joint nombre="arti2" />

<gazebo_propiedades_joint nombre="arti3" />
 
<gazebo_propiedades_joint nombre="pinza" />

Creación del fichero de configuración

Los controladores que vamos a emplear para cada unión móvil son uno de posición y otro de velocidad. Cada controlador esta modelado por un regulador PID. Debemos crear un archivo dentro de nuestro package llamado "controllers.yaml", con la configuración de los controladores de cada unión móvil, cuyo contenido será el siguiente: 

base_pos_controller:
  type: robot_mechanism_controllers/JointPositionController
  joint: base
  pid: &base_pos
    p: 2.0
    i: 0.5
    d: 0.0
    i_clamp: 10.0

arti1_pos_controller:
  type: robot_mechanism_controllers/JointPositionController
  joint: arti1
  pid: &arti1_pos
    p: 2.0
    i: 0.5
    d: 0.0
    i_clamp: 10.0

arti2_pos_controller:
  type: robot_mechanism_controllers/JointPositionController
  joint: arti2
  pid: &arti2_pos
    p: 2.0
    i: 0.5
    d: 0.0
    i_clamp: 10.0

arti3_pos_controller:
  type: robot_mechanism_controllers/JointPositionController
  joint: arti3
  pid: &arti3_pos
    p: 2.0
    i: 0.5
    d: 0.0
    i_clamp: 10.0

pinza_pos_controller:
  type: robot_mechanism_controllers/JointPositionController
  joint: pinza
  pid: &pinza_pos
    p: 2.0
    i: 0.5
    d: 0.0
    i_clamp: 10.0

base_vel_controller:
  type: robot_mechanism_controllers/JointVelocityController
  joint: base
  pid: &base_vel
    p: 2.0
    i: 0.5
    i_clamp: 10.0
    
arti1_vel_controller:
  type: robot_mechanism_controllers/JointVelocityController
  joint: arti1
  pid: &arti1_vel
    p: 2.0
    i: 0.5
    i_clamp: 10.0         

arti2_vel_controller:
  type: robot_mechanism_controllers/JointVelocityController
  joint: arti2
  pid: &arti2_vel
    p: 2.0
    i: 0.5
    i_clamp: 10.0 
    
arti3_vel_controller:
  type: robot_mechanism_controllers/JointVelocityController
  joint: arti3
  pid: &arti3_vel
    p: 2.0
    i: 0.5
    i_clamp: 10.0   
    
pinza_vel_controller:
  type: robot_mechanism_controllers/JointVelocityController
  joint: pinza
  pid: &pinza_vel
    p: 2.0
    i: 0.5
    i_clamp: 10.0

Carga del modelo en gazebo

Para poder mostrar el modelo en gazebo vamos a crear un launcher que cargue el modelo un mundo vacío y los controladores de las uniones móviles. Crearemos el archivo "brazo_gazebo.launch" en el directorio "launch" de nuestro package, con el siguiente contenido: 

<launch>

  <include file="$(find gazebo_worlds)/launch/empty_world.launch"/>

  <param name="robot_description" command="$(find xacro)/xacro.py '$(find brazo_fer_modelo)/brazo.urdf.xacro'" />

  <node name="spawn_brazo" pkg="gazebo" type="spawn_model" args="-urdf -param robot_description -model MYRAbot_arm" respawn="false" output="screen" />
 
  <rosparam file="$(find brazo_fer_modelo)/controllers.yaml" command="load"/>

  <node name="spawn_controller" pkg="pr2_controller_manager" type="spawner" args="base_pos_controller arti1_pos_controller arti2_pos_controller arti3_pos_controller pinza_pos_controller base_vel_controller arti1_vel_controller arti2_vel_controller arti3_vel_controller pinza_vel_controller" respawn="false" output="screen" />
 
</launch>

Para lanzar el launcher ejecutaremos el siguiente comando en un terminal: 

roslaunch brazo_fer_modelo brazo.gazebo.launch

Si todo va bien podremos ver en la ventana gŕfica de gazebo el modelo del brazo en posición vertical situado en el punto xyz = (0 0 0) de un mundo vacío, tal como se muestra en la siguiente imagen:

Modelo brazo MYRAbot en gazebo

Podemos comprobar que se han cargado correctamente todos los controladores de las uniones móviles, ya que tienen que aparecer dos topics por cada controlador, para lo que ejecutaremos en un terminal el siguiente comando: 

rostopic echo

Debería aparecernos algo similar a lo que se muestra a continuación, donde el topic NOMBRE_CONTROLADOR/command es al que está suscrito el controlador para recibir el valor de consigna y el topic NOMBRE_CONTROLADOR/status es en el que publica el estado del controlador: 

/arti1_pos_controller/command
/arti1_pos_controller/state
/arti1_vel_controller/command
/arti1_vel_controller/state
/arti2_pos_controller/command
/arti2_pos_controller/state
/arti2_vel_controller/command
/arti2_vel_controller/state
/arti3_pos_controller/command
/arti3_pos_controller/state
/arti3_vel_controller/command
/arti3_vel_controller/state
/base_pos_controller/command
/base_pos_controller/state
/base_vel_controller/command
/base_vel_controller/state
/clock
/gazebo/link_states
/gazebo/model_states
/gazebo/parameter_descriptions
/gazebo/parameter_updates
/gazebo/paused
/gazebo/set_link_state
/gazebo/set_model_stat
/joint_states
/mechanism_statistics
/pinza_pos_controller/command
/pinza_pos_controller/state
/pinza_vel_controller/command
/pinza_vel_controller/state
/rosout
/rosout_agg
/tf

Programa interfaz (gazebo-programas de control)

Al igual que en el brazo real, que empleabamos una placa arduino que contenía el programa de interfaz entre el brazo y nuestros programas de control, hemos creado un programa que se suscriba a los topic que publican los programas de control y publique en consecuencia en los topics a los que están suscritos los controladores de las uniones móviles. Crearemos un archivo con el nombre "control_modelo.cpp" en el directorio "src" de nuestro package con el siguiente contenido: 

  #include "ros/ros.h"
  #include "brazo_fer/Servos.h"
  #include "brazo_fer/WriteServos.h"
  #include "brazo_fer/ReadServos.h"
  #include "std_msgs/Float64.h"
  #include "sensor_msgs/JointState.h"
  #include "math.h"
 
  #define PI 3.14159265
  
 
  void mover(const brazo_fer::WriteServos& move)
  {	
	ros::NodeHandle n;
 
   	ros::Publisher base_pos_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("base_pos_controller/command", 1);   
  	ros::Publisher arti1_pos_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti1_pos_controller/command", 1); 
   	ros::Publisher arti2_pos_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti2_pos_controller/command", 1);  	   
   	ros::Publisher arti3_pos_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti3_pos_controller/command", 1);
   	
   	ros::Publisher base_vel_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("base_vel_controller/command", 1);   
  	ros::Publisher arti1_vel_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti1_vel_controller/command", 1); 
   	ros::Publisher arti2_vel_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti2_vel_controller/command", 1);  	   
   	ros::Publisher arti3_vel_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti3_vel_controller/command", 1);   	
   	 
	brazo_fer::Servos position = move.posicion;
	brazo_fer::Servos speed = move.velocidad;
	brazo_fer::Servos torque = move.par;
	
	std_msgs::Float64 base_pos_command, arti1_pos_command, arti2_pos_command, arti3_pos_command;
	std_msgs::Float64 base_vel_command, arti1_vel_command, arti2_vel_command, arti3_vel_command;	
	
	if (torque.base != 0 && (position.base >= 0 && position.base <= 1023) && (speed.base >= 0 && speed.base <= 1023))
	{		
		base_pos_command.data = ((((position.base * 300)/1023)*PI)/180)-2.62;
		base_vel_command.data = speed.base/511;
	}
	if (torque.arti1 != 0 && (position.arti1 >= 0 && position.arti1 <= 1023) && (speed.arti1 >= 0 && speed.arti1 <= 1023))
	{
		arti1_pos_command.data = ((((position.arti1*300)/1023)*PI)/180)-2.62;
		arti1_vel_command.data = speed.arti1/511;		
	}
	if (torque.arti2 != 0 && (position.arti2 >= 0 && position.arti2 <= 1023) && (speed.arti2 >= 0 && speed.arti2 <= 1023))
	{
		arti2_pos_command.data = ((((position.arti2*300)/1023)*PI)/180)-2.62;
		arti2_vel_command.data = speed.arti2/511;		
	}
	if (torque.arti3 != 0 && (position.arti3 >= 0 && position.arti3 <= 1023) && (speed.arti3 >= 0 && speed.arti3 <= 1023))
	{
		arti3_pos_command.data = ((((position.arti3*300)/1023)*PI)/180)-2.62;
		arti3_vel_command.data = speed.arti3/511;		
	}
	
	
	base_pos_pub_.publish(base_pos_command);
	arti1_pos_pub_.publish(arti1_pos_command);
	arti2_pos_pub_.publish(arti2_pos_command);
	arti3_pos_pub_.publish(arti3_pos_command);

	base_vel_pub_.publish(base_vel_command);
	arti1_vel_pub_.publish(arti1_vel_command);
	arti2_vel_pub_.publish(arti2_vel_command);
	arti3_vel_pub_.publish(arti3_vel_command);					
 
  } 
  void pinza(const brazo_fer::WriteServos& pinza)
  {	 
	ros::NodeHandle n;
 
   	ros::Publisher pinza_pos_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("pinza_pos_controller/command", 1);
 	   
   	ros::Publisher pinza_vel_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("pinza_vel_controller/command", 1);   	 	 
	  
	brazo_fer::Servos position = pinza.posicion;
	brazo_fer::Servos speed = pinza.velocidad;
	brazo_fer::Servos torque = pinza.par;
	
	std_msgs::Float64 pinza_pos_command;
	std_msgs::Float64 pinza_vel_command;	
	
 	if (torque.pinza != 0 && (position.pinza >= 0 && position.pinza <= 1023) && (speed.pinza >= 0 && speed.pinza <= 1023))
	{
		pinza_pos_command.data = ((((position.pinza*300)/1023)*PI)/180)-2.62;
		pinza_vel_command.data = speed.pinza/511;		
	}
	
	pinza_pos_pub_.publish(pinza_pos_command);
	pinza_vel_pub_.publish(pinza_vel_command);	
		
  }
  void pe(const sensor_msgs::JointState& pe)
  {
	ros::NodeHandle n;	  
	  
	ros::Publisher pose_pub_=n.advertise<brazo_fer::ReadServos>("pose_arm", 1);   
	  
	brazo_fer::ReadServos estado;
	  
	estado.posicion.base = ((((pe.position[0]+2.62)*180)/PI)*1023)/300;
	estado.posicion.arti1 = ((((pe.position[1]+2.62)*180)/PI)*1023)/300;
	estado.posicion.arti2 = ((((pe.position[2]+2.62)*180)/PI)*1023)/300;
	estado.posicion.arti3 = ((((pe.position[3]+2.62)*180)/PI)*1023)/300;
	estado.posicion.pinza = ((((pe.position[4]+2.62)*180)/PI)*1023)/300;
	
	estado.corriente.base = pe.effort[0]*1000;
	estado.corriente.arti1 = pe.effort[1]*1000;
	estado.corriente.arti2 = pe.effort[2]*1000;
	estado.corriente.arti3 = pe.effort[3]*1000;
	estado.corriente.pinza = pe.effort[4]*1000;
	
	pose_pub_.publish(estado);				
	
  }	  
  int main(int argc, char **argv)
  {
	  
	ros::init(argc, argv, "modelo_brazo");   
 
	ros::NodeHandle n;
 
  	ros::Subscriber move_sub_= n.subscribe("move_arm", 1, mover);
  	ros::Subscriber hand_sub_= n.subscribe("hand_arm", 1, pinza);
  	ros::Subscriber pe_sub_= n.subscribe("joint_states", 1, pe);
  	  	   	 
 
   	ros::Publisher base_pos_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("base_pos_controller/command", 1);   
  	ros::Publisher arti1_pos_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti1_pos_controller/command", 1); 
   	ros::Publisher arti2_pos_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti2_pos_controller/command", 1);  	   
   	ros::Publisher arti3_pos_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti3_pos_controller/command", 1);
   	ros::Publisher pinza_pos_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("pinza_pos_controller/command", 1);
 	    	
   	ros::Publisher base_vel_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("base_vel_controller/command", 1);   
  	ros::Publisher arti1_vel_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti1_vel_controller/command", 1); 
   	ros::Publisher arti2_vel_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti2_vel_controller/command", 1);  	   
   	ros::Publisher arti3_vel_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("arti3_vel_controller/command", 1);  
   	ros::Publisher pinza_vel_pub_=n.advertise<std_msgs::Float64>("pinza_vel_controller/command", 1); 
   	
   	ros::Publisher pose_pub_=n.advertise<brazo_fer::ReadServos>("pose_arm", 1);   	   	  
	
	ros::spin();  
 
        return 0;
  }


Para compilarlo y generar el ejecutable se debe añadir la siguiente línea de código al archivo "CMakeLists.txt" del package creado, donde indicamos el nombre para el ejecutable y la ruta y nombre del archivo a compilar: 

rosbuild_add_executable(control_modelo src/control_modelo.cpp)

Para compilar el programa hay que situarse en el directorio del package. Simplemente con ejecutar la siguiente secuencia de comandos en un terminal se compilará y creará el ejecutable, siempre que no existan errores: 

roscd brazo_fer_modelo
make

Simulación de programas de control

Lo primero vamos a modificar el launcher "brazo_gazebo.launch", creado previamente, para añadir el programa interfaz entre los programas de control y el modelo del brazo. Deberemos añadir la siguiente linea al final antes de la etiqueta "</launch>": 

  <node name="control_modelo" pkg="brazo_fer_modelo" type="control_modelo" />

Primer programa de control (Ven aquí)

El programa de control es el mismo que se ha desarrollado para el brazo real. Para su simulación ejecutaremos primero el launcher que inicia el simulador, carga el modelo y los controladores, y el programa interfaz, ejecutando en un terminal el siguiente comando: 

roslaunch brazo_fer_modelo brazo_gazebo.launch

Una vez se haya iniciado el simulador gazebo podremos iniciar el programa de control ejecutando en otro terminal el siguiente comando: 

rosrun brazo_fer control_v01

Para poder publicar las coordenadas del punto al que queremos que se desplace el brazo, debemos publicar en el topic "point", al que esta suscrito el programa de control para recibir el punto. Ejecutaremos en un nuevo terminal el siguiente comando: 

rostopic pub point geometry_msgs/Point '{x: 100, y: 0, z: 180}' --once

El brazo comenzará a desplazarse y se detendrá al llegar al punto que le hemos indicado. En el siguiente vídeo se puede ver como el brazo se posiciona en el punto que le indicamos desde su posición inicial:

<videoflash>S9kUKYysm0M</videoflash>
Ver vídeo en YouTube

Segundo programa de control (Agarra la lata)

Lo primero debemos crear la lata que va a coger el brazo. Crearemos un archivo URDF llamado "lata.urdf", que colocaremos en nuestro package, con el siguiente contenido: 

<?xml version="1.0"?>

<robot name="lata">

<link name="world" />

<joint name="fixed" type="floating">
  <parent link="world"/>
  <child link="lata_link"/>
  <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
</joint>

<link name="lata_link">
  <visual>
    <geometry>
      <cylinder radius="0.03" length="0.125" />
    </geometry>
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0625" />
    <material name="red">
      <color rgba="1 0 0 1" />
    </material>
  </visual>
  <collision>
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0625" />
    <geometry>
      <cylinder radius="0.03" length="0.125" />
    </geometry>
  </collision>
  <inertial>
    <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0.0625" />
    <mass value="0.01" />
      <inertia ixx="0.001" ixy="0.0" ixz="0.0" iyy="0.001" iyz="0.0" izz="0.001"/>  
  </inertial>
</link>

<gazebo reference="lata_link">
  <material>Gazebo/Red</material>
  <mu1>0.9</mu1>
  <mu2>0.9</mu2>
  <selfCollide>true</selfCollide>
  <turnGravityOff>false</turnGravityOff>  
</gazebo>

</robot>

También deberemos añadir la siguiente línea al archvo "brazo_gazebo.launch", que carga la lata en gazebo en la posición xyz = (-0.15 0.21 0): 

<node name="spawn_lata" pkg="gazebo" type="spawn_model" args="-file $(find brazo_fer_modelo)/lata.urdf -urdf -x -0.15 -y 0.21 -model lata" respawn="false" output="screen" />

El programa de control es el mismo que se ha desarrollado para el brazo real. Para su simulación ejecutaremos primero el launcher que inicia el simulador, carga el modelo y los controladores,la lata y el programa interfaz, ejecutando en un terminal el siguiente comando: 

roslaunch brazo_fer_modelo brazo_gazebo.launch

Una vez se haya iniciado el simulador gazebo podremos iniciar el programa de control ejecutando en otro terminal el siguiente comando: 

rosrun brazo_fer control_v02

Para poder publicar las coordenadas del punto donde se encuentra la lata, debemos publicar en el topic "point", al que esta suscrito el programa de control para recibir el punto. Ejecutaremos en un nuevo terminal el siguiente comando: 

rostopic pub point geometry_msgs/Point '{x: 145, y: 0, z: 180}' --once
  • nota: El sismtema de coordenadas del simulador no coincide con el tomado para el brazo, por lo que el punto no es el mismo cuando indicamos la posición del objeto en el mundo y cuando indicamos la posición del objeto al brazo, además hemos indicado un punto alejado del centro del objeto para evitar la colisión.

El brazo se situará en la posición de partida y al indicarle el punto donde se encuentra el objeto se desclazará hasta sus proximidades y se situará para para agarrarlo, cuando lo tenga sujeto se lo llevará cerca de él. En el siguiente vídeo se puede ver como el brazo recoge la lata partiendo desde su posición inicial:

<videoflash>16aR8XXHnmw</videoflash>
Ver vídeo en YouTube

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