MoveIt 中的启动文件

MoveIt 的许多教程以及你实际遇到的 MoveIt 包都会使用 ROS 2 启动文件。

本教程详细讲解一个典型的 Python 启动文件，该文件搭建了一个可运行的 MoveIt 示例。我们将通过逐步分析入门教程启动文件来说明。

如果你对启动文件本身不熟悉，请先参阅 ROS 2 文档。

加载 MoveIt 配置

MoveIt 需要若干配置参数，包括机器人描述和语义描述文件（URDF 与 SRDF）、运动规划和运动学插件、轨迹执行等。这些参数通常包含在 MoveIt 配置包中。

在 Python 启动文件中引用 MoveIt 配置包的一种便捷方式是使用 MoveItConfigsBuilder 工具，如下所示：

from moveit_configs_utils import MoveItConfigsBuilder

# Define xacro mappings for the robot description file
launch_arguments = {
    "robot_ip": "xxx.yyy.zzz.www",
    "use_fake_hardware": "true",
    "gripper": "robotiq_2f_85",
    "dof": "7",
}

# Load the robot configuration
moveit_config = (
    MoveItConfigsBuilder(
        "gen3", package_name="kinova_gen3_7dof_robotiq_2f_85_moveit_config"
    )
    .robot_description(mappings=launch_arguments)
    .trajectory_execution(file_path="config/moveit_controllers.yaml")
    .planning_scene_monitor(
        publish_robot_description=True, publish_robot_description_semantic=True
    )
    .planning_pipelines(
        pipelines=["ompl", "stomp", "pilz_industrial_motion_planner"]
    )
    .to_moveit_configs()
)

启动 Move Group

所有 MoveIt 配置参数加载完毕后，你就可以使用这套参数启动 Move Group 接口。

from launch_ros.actions import Node

run_move_group_node = Node(
    package="moveit_ros_move_group",
    executable="move_group",
    output="screen",
    parameters=[moveit_config.to_dict()],
)

使用 RViz 可视化

正如 RViz 快速入门教程中所介绍的，你可以使用 RViz 可视化机器人模型并执行运动规划任务。

以下代码通过一个启动参数接收 RViz 配置文件名，将其拼接为指向已知包目录的相对路径，并在启动 RViz 可执行文件时作为参数传入。

from launch.actions import DeclareLaunchArgument
from launch.substitutions import LaunchConfiguration, PathJoinSubstitution
from launch_ros.substitutions import FindPackageShare

# Get the path to the RViz configuration file
rviz_config_arg = DeclareLaunchArgument(
    "rviz_config",
    default_value="kinova_moveit_config_demo.rviz",
    description="RViz configuration file",
)
rviz_base = LaunchConfiguration("rviz_config")
rviz_config = PathJoinSubstitution(
    [FindPackageShare("moveit2_tutorials"), "launch", rviz_base]
)

# Launch RViz
rviz_node = Node(
    package="rviz2",
    executable="rviz2",
    output="log",
    arguments=["-d", rviz_config],
    parameters=[
        moveit_config.robot_description,
        moveit_config.robot_description_semantic,
        moveit_config.robot_description_kinematics,
        moveit_config.planning_pipelines,
        moveit_config.joint_limits,
    ],
)

向 `tf2` 发布变换

ROS 生态中的许多工具使用 tf2 库来表示坐标变换，这是使用 MoveIt 进行运动规划的重要组成部分。

因此，我们的启动文件包含向 tf2 发布静态变换和动态变换的节点。在本例中，我们需要：

在 world 坐标系与机器人描述的基坐标系 base_link 之间发布一个静态变换。
一个 robot state publisher 节点，它监听机器人的关节状态，利用机器人的 URDF 模型计算坐标系变换，并将其发布到 tf2。

# Static TF
static_tf = Node(
    package="tf2_ros",
    executable="static_transform_publisher",
    name="static_transform_publisher",
    output="log",
    arguments=["--frame-id", "world", "--child-frame-id", "base_link"],
)

# Publish TF
robot_state_publisher = Node(
    package="robot_state_publisher",
    executable="robot_state_publisher",
    name="robot_state_publisher",
    output="both",
    parameters=[moveit_config.robot_description],
)

为轨迹执行设置 `ros2_control`

MoveIt 通常会生成关节轨迹，然后将其发送给能够执行这些轨迹的机器人控制器。最常见的做法是连接 ros2_control 库来实现这一点。

ros2_control 既可以连接真实机器人硬件，也可以连接 Gazebo、NVIDIA Isaac Sim 等基于物理的模拟器中的机器人。此外，它还提供了 mock components 功能，用于简单、理想化的模拟。在本例中，这是在 URDF 层面通过前面定义的 use_fake_hardware xacro 参数来配置的。核心思想是：无论启动的是模拟硬件还是真实硬件，ros2_control 的启动方式都保持不变。

启动 ros2_control 需要启动一个控制器管理器节点，然后生成轨迹执行所需的一系列控制器。在本例中，我们包含：

一个关节状态广播器（joint state broadcaster），它发布关节状态，这是机器人状态发布器向 tf2 发送坐标系所必需的。
一个用于机械臂执行器的关节轨迹控制器（joint trajectory controller）。
一个用于平行爪式夹爪的夹爪动作控制器（gripper action controller）。

ros2_controllers_path = os.path.join(
    get_package_share_directory("kinova_gen3_7dof_robotiq_2f_85_moveit_config"),
    "config",
    "ros2_controllers.yaml",
)
ros2_control_node = Node(
    package="controller_manager",
    executable="ros2_control_node",
    parameters=[ros2_controllers_path],
    remappings=[
        ("/controller_manager/robot_description", "/robot_description"),
    ],
    output="both",
)

joint_state_broadcaster_spawner = Node(
    package="controller_manager",
    executable="spawner",
    arguments=[
        "joint_state_broadcaster",
        "--controller-manager",
        "/controller_manager",
    ],
)

arm_controller_spawner = Node(
    package="controller_manager",
    executable="spawner",
    arguments=["joint_trajectory_controller", "-c", "/controller_manager"],
)

hand_controller_spawner = Node(
    package="controller_manager",
    executable="spawner",
    arguments=["robotiq_gripper_controller", "-c", "/controller_manager"],
)

启动所有节点

最后，我们可以告诉启动文件实际启动前面各节中描述的所有内容。

# ... all our imports go here

def generate_launch_description():

    # ... all our other code goes here

    return LaunchDescription(
        [
            rviz_config_arg,
            rviz_node,
            static_tf,
            robot_state_publisher,
            run_move_group_node,
            ros2_control_node,
            joint_state_broadcaster_spawner,
            arm_controller_spawner,
            hand_controller_spawner,
        ]
    )