前記：

之前學習了很多關于ROS的知識，現在想自己制作一個四軸器械臂來練練手。所以就定為arm0.1版本，使用MG90s舵機來搭建一個四軸機械臂。arm0.1版本的目標是對不同顏色的方塊進行分類并在Gazebo中模擬出來。

在未來計劃的arm1.0版本中，計劃使用步進電機來搭建六軸機械臂，使用上RL，實現人機交互，希望能在下個學期完成它。

一、模型制作

1.實際模型制作

首先是實際模型的制作，就使用3d打印機制作了。我使用的是ANYCUBIC的一款打印機，主要是因為價格便宜，性價比比較高，而且安裝也不用太花時間，使用下來穩定性還不錯。

四軸機械手網上的模型挺多的，我這里采用https://www.thingiverse.com/thing:34829提供的模型，這個模型設計中有考慮誤差，所以打印基本一次成型。

以下是網站中提供的圖片。

實際模型打印出如下圖。比較需要注意的夾爪部分的齒輪，打印出來的尺寸和模型給出來的尺寸還是有區別的。因為是齒輪結構，對精準度要求比較高，需要打印幾次才能成功。

舵機我采用MG90s，畢竟我手頭只有這個版本的舵機。舵機控制使用16路舵機驅動控制模塊PCA9685：

用arduino UNO控制,接線如圖所示：

圖片來源見水印，關于PCA9685模塊的使用可以參考相關博客：Arduino uno使用PCA9685模塊實現16路舵機控制。

以上是這個項目目前的框圖，有很多細節沒有標清楚，只標出了硬件部分，其它的在未來會慢慢補全。

全程使用VM虛擬機，在未來arm1.0版本中可能使用Raspberry pi來控制，只把圖像處理和模擬部分放在PC上。

然后測試了我所使用的這個USB攝像頭，發現其好像無法接到虛擬機中。然后考慮到價格問題，還是覺得沒有必要買個新的攝像頭，要實現對不同顏色的方塊進行分類，完全可以在gazebo中模擬出來。arduino和虛擬機的連接是沒有問題的，可以正常使用虛擬機進行下載程序。關于arduino如何與ros進行連接，將在以后的博文中進行說明。

2.Solidworks模型制作

Solidworks使用的是2017版本。因為之前提供模型的網站只提供stl文件，stl導入solidworks中的文件基本無法使用，所以就決定自己畫了。因為是模擬，所以精度不是太高。只是簡單的制作了其結構，夾爪部分感覺比較麻煩，也沒有制作。最后使用了Solidworks自帶的渲染工具，其效果如下圖。

模型建好了就可以使用相關插件導出到urdf了。

二、Solidworks文件轉urdf

URDF（Universal Robot Description Format）——通用機器人描述格式，它是ROS里邊使用的一種機器人的描述文件，包含的內容有：連桿、關節，運動學和動力學參數、可視化模型、碰撞檢測模型等。

1.sw_urdf_exporter插件

要將arm.SLDASM文件導出為urdf文件，sw_urdf_exporter插件是必不可少的。

1.5.1版本中提供了exe文件，下載完成后直接安裝就可以了。之后就可以在插件欄找到它。

我的2017版本的solidworks的導出urdf選項在：工具–>File -->Export as urdf。

我當時一度以為該選項在文件選項欄，試了各種方法找不到導出選項，最后發現它在工具選項欄…真的是白白浪費了我幾個小時的時間

2. 添加坐標系和轉軸

導出urdf文件的插件沒有問題后，接下來就要為導出urdf文件做準備了，首先是為我們的模型添加坐標系和轉軸。

轉軸添加比較簡單，有很多添加方法。我使用的是選擇某一個圓柱面添加。

坐標系是需要確定坐標系原點，在選擇x,y,z的方向。

所以一個建議是首先確定axis0-3，再確定coordinate0-4。

3.導出urdf文件

在主界面打開，工具–>File -->Export as urdf，按照我圖片中給出的順序進行操作。注意不要選到別的地方，在點擊Export之前，所有操作都不會保存。我嘗試了幾次才正確的導出的。

點擊Rreview and Export之后，出現以下窗口，記得填寫limit部分。


導出后，生成文件如下：

其中文件作用如下：
? scripts (python 可執行文件)
? src (C++ source files)
? msg (for custom message definitions)
? srv (for service message definitions)
? include -> 需要作為依賴項的頭/庫
? config -> 配置文件
? launch -> 提供更自動化的啟動節點方式
? urdf (通用機器人描述文件)
? meshes (CAD文件.dae (Collada)或.stl (STereoLithography)格式)
? worlds (用于Gazebo模擬環境的類似XML的文件)

4.參考博客

導出urdf文件我參考了以下博客，
1.【ROS學習】Solidworks模型轉化為URDF文件格式+三連桿機械臂示例+逆運動學
2. ROS Wiki sw_urdf_exporter

三、rivz仿真

1.rivz仿真

將導出的文件復制到~/catkin_ws/src目錄下.

修改display.launch文件，其在launch文件夾下。

將default的值從False改為True，否則無法打開Joint State Publish工具。

  <argname="gui"default="False" />//將False改為True
...

運行命令打開文件

cd ~/catkin_ws
source devel/setup.bash
catkin_make
roslaunch arm0 display.launch

之后我們就可以打開RViz了，但是現在沒有任何模型加載。

解決方法是，首先在Fixed Frame欄中選中自己定義的鏈接名稱。

之后點擊左下角的“Add”來添加我們的模型。

選擇RobotModel，然后點擊‘OK’。

之后模型就可以加載出來了，然后移動鼠標經行縮放移動，或者可以使用Joint State Publish來調整關節角度。

注意Joint State Publish的調整范圍是根據之前設定的limit。

2.借助MoveIt!在rviz中進行逆運動學測試

使用Ｍoveit!提供的setup_assistant來配置機械臂的package文件，需要使用到上一部分生成的URDF文件。
使用命令

roslaunch moveit_setup_assistant setup_assistant.launch

打開assistant后點擊Create New Moveit Configuration Package 導入URDF文件，我的urdf文件路徑如圖片所示

設置Self-Collision，點擊Generate Collsion Matrix :

設置Virtual Joints，Parent Frame Name設為world_frame，save完成后如下圖所示。相關名稱可以參考圖片中的名稱。

設置Planning Groups名稱

選擇運動學求解器，然后點擊Add Kin. Chain。然后把base_link設置為Base Link，把link4設置為Tip Link：

設置Robot Pose,和作者郵箱。

然后設置保存路徑，如下圖所示。點擊Generate Package。

文件如下圖所示：

運行命令

cd ~/catkin_ws/src/config/launch/
roslaunch demo.launch

運行如下圖所示。

例如，我們可以通過調整紅框中的部分來進行逆運動學模擬。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【从零开始的ROS四轴机械臂控制】（一）- 实际模型制作、Solidworks文件转urdf与rviz仿真的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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