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SDK: V开发中

A1 软件介绍

本教程将指导您如何开发和操作Galaxea A1。

软件依赖​

  1. 操作系统依赖：Ubuntu 20.04 LTS（PC安装双系统，非虚拟机）
  2. 中间件依赖：ROS Noetic

获取SDK​

SDK无需重新编译。请参考开发与操作教程直接使用。使用以下任一方式获取SDK：

启动SDK​

注意：每次重新连接USB线束之后，务必要执行以下命令。

  1. 确认电源和USB连接后，运行以下命令修改串口文件的读写权限： 
    sudo chmod 777 /dev/ttyACM0
  2. 确认修改后，初始化SDK： 
    cd A1_SDK/install
    source setup.bash
    roslaunch signal_arm single_arm_node.launch

Demo演示​

点击此处获取A1 Demo脚本。

cd A1_SDK/install
source setup.bash
#启动关节控制
roslaunch mobiman jointTrackerdemo.launch
#启动末端姿态控制
roslaunch mobiman a1_arm_relaxed_ik.launch

运行以下命令以控制末端执行器运动：

rostopic pub /a1_ee_target geometry_msgs/PoseStamped "{
header: {
seq: 0,
stamp: {secs: 0, nsecs: 0},
frame_id: 'world'
},
pose: {
position: {x: 0.08, y: 0.0, z: 0.5},
orientation: {x: 0.5, y: 0.5, z: 0.5, w: 0.5}
}
}"

软件接口​

驱动接口​

该接口是一个用于机械臂控制和状态反馈的ROS包，定义了多个话题用于发布和订阅臂的状态、控制命令和相关错误代码。以下是每个话题及其相关消息类型的详细描述：

话题名称 描述 消息类型
/joint_states_host 机械臂关节状态反馈 sensor_msgs/JointState
/arm_status_host 机械臂电机状态反馈 signal_arm/arm_status
/arm_joint_command_host 机械臂控制接口 hdas_msg/motor_control
/gripper_force_control_host 夹爪力控制接口 signal_arm/gripper_joint_command
/gripper_position_control_host 夹爪位置控制接口 signal_arm/gripper_position_control
/gripper_stroke_host 夹爪行程反馈接口 sensor_msgs/JointState
话题名称 字段 描述
/joint_states_host header 标准消息头
name 关节名称
position 关节位置
velocity 关节速度
effort 关节力矩
/arm_status_host header 标准消息头
data.name 关节名称
data.motor_errors.error_code 关节错误码
data.motor_errors.error_description 关节错误描述
/arm_joint_command_host header 标准消息头
p_des 目标关节位置
v_des 目标关节速度
t_ff 目标关节力矩
kp 目标关节kp
kd 目标关节kd
mode 控制模式
/gripper_force_control_host header 标准消息头
gripper_force 夹持力
/gripper_position_control_host header 标准消息头
gripper_stroke 目标行程
/gripper_stroke_host header 标准消息头
name 夹爪名称
position 夹爪行程
velocity 夹爪速度
effort 夹爪力矩

夹爪控制示例​

  1. 夹爪位置控制接口 
    # 控制夹爪到指定位置:
        # 60为打开夹爪；
        # 0为闭合夹爪。
    rostopic pub /gripper_position_control_host signal_arm/gripper_position_control "header:
      seq: 0
      stamp:
        secs: 0
        nsecs: 0
      frame_id: ''
    gripper_stroke: 40.0"

诊断故障代码​

DTC用于反馈MCU和驱动器的错误信息，可用于查看每个电机的实时状态和驱动器的运行状态。以下是每个故障代码及其对应状态的详细描述：

DTC 状态
0 禁用
1 禁用
2 电机断开
3 位置跳跃
4 持续高电流
5 扭矩过大
6 ECU -> MCU 超时
7 超出位置限制
8 超出速度限制
9 扭矩限制超出
10 过压
11 低压
12 过电流
13 MOS 过温
14 电机绕组过温
15 通信丢失
16 过载
17 串行连接断开（无设备文件）
18 设备文件已连接，无消息
19 串行读写失败
20 反馈接收溢出

运动控制接口​

Galaxea A1 提供关节和末端执行器运动控制接口，通过ROS框架实现高效控制。在执行末端执行器或关节运动之前，激活signal_arm接口。

  • 末端执行器姿态运动：允许通过发布目标姿态消息来控制Galaxea A1的末端执行器的位置和方向。该功能适用于需要精确定位的应用。
  • 末端执行器轨迹运动：通过发布一系列姿态消息，实现Galaxea A1末端执行器沿指定轨迹的运动。该功能适用于复杂的路径规划和执行。
  • 关节角度运动：提供一个关节级别的控制接口，可为每个关节设置目标位置，实现协调的整个手臂运动。

末端执行器姿态运动​

  1. 启动末端执行器姿态运动脚本。启动RViz可视化，默认关节位置设置为零。

    cd A1_SDK/install
    source setup.bash
    #启动关节控制
    roslaunch mobiman jointTrackerdemo.launch
    #启动末端姿态控制
    roslaunch mobiman a1_arm_relaxed_ik.launch

  2. 在/a1_ee_target话题上发布消息以控制末端执行器运动。此操作是非阻塞的，允许连续发布消息，实现末端执行器的无缝运动。但是，目标端点不要离末端执行器的当前位置太远，以避免过度拉伸机械结构或碰撞风险。

    rostopic pub /a1_ee_target geometry_msgs/PoseStamped "{
    header: {
    seq: 0,
    stamp: {secs: 0, nsecs: 0},
    frame_id: 'world'
    },
    pose: {
    position: {x: 0.08, y: 0.0, z: 0.5},
    orientation: {x: 0.5, y: 0.5, z: 0.5, w: 0.5}
    }
    }"
    #!/usr/bin/env python
    import rospy
    from geometry_msgs.msg import PoseStamped

    def publish_pose():
        rospy.init_node('pose_stamped_publisher', anonymous=True)
        pose_pub = rospy.Publisher('/a1_ee_target', PoseStamped, queue_size=10)
        # Create PoseStamped message
        pose_msg = PoseStamped()
        pose_msg.header.seq = 0
        pose_msg.header.stamp = rospy.Time.now()
        pose_msg.header.frame_id = 'world'
        pose_msg.pose.position.x = 0.08
        pose_msg.pose.position.y = 0.0
        pose_msg.pose.position.z = 0.5
        pose_msg.pose.orientation.x = 0.5
        pose_msg.pose.orientation.y = 0.5
        pose_msg.pose.orientation.z = 0.5
        pose_msg.pose.orientation.w = 0.5
        # Wait for subscribers to connect
        rospy.sleep(1)
        # Publish message
        pose_pub.publish(pose_msg)
        rospy.loginfo("Published PoseStamped message to /a1_ee_target")

    if __name__ == '__main__':
        try:
            publish_pose()
        except rospy.ROSInterruptException:
            pass

  3. Demo示例：

末端执行器轨迹运动​

  1. 启动末端执行器轨迹运动脚本。启动RViz可视化，默认关节位置设置为零。

    cd A1_SDK/install
    source setup.bash
    roslaunch mobiman eeTrajTrackerdemo.launch

  2. 在文件eeTrajTrackerdemo.launch中，执行以下命令：

    <param name="joint_states_topic" value="/joint_states" /> # the /joint_states topic represents the channel for acquiring simulated values, specifically the states of the robot's joints, within a simulation environment.
    <param name="joint_command" value="/arm_joint_command_host" /> #the /arm_joint_command_host topic represents the channel for issuing commands to the motors.

  3. 在/arm_target_trajectory话题上发布消息，为末端执行器运动指定轨迹。此操作是非阻塞的，允许连续发布。确保轨迹不会显著偏离当前末端执行器的位置。建议在发送下一个轨迹之前等待当前轨迹完成，以避免跟踪所需路径时不准确。

    #include <ros/ros.h>
    #include <geometry_msgs/PoseArray.h>

    geometry_msgs::Pose createPose(double x, double y, double z, double w, double ox, double oy, double oz) {
        geometry_msgs::Pose pose;
        pose.position.x = x;
        pose.position.y = y;
        pose.position.z = z;
        pose.orientation.w = w;
        pose.orientation.x = ox;
        pose.orientation.y = oy;
        pose.orientation.z = oz;
        return pose;
    }

    int main(int argc, char** argv) {
        ros::init(argc, argv, "pose_array_publisher");
        ros::NodeHandle nh;
        ros::Publisher pose_pub = nh.advertise<geometry_msgs::PoseArray>("/arm_target_trajectory", 10);

        // Wait for subscribers to connect
        ros::Rate wait_rate(10);
        while (pose_pub.getNumSubscribers() == 0) {
            wait_rate.sleep();
        }

        geometry_msgs::PoseArray poseArrayMsg;

        poseArrayMsg.poses.push_back(createPose(0.08, 0.0, 0.3, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5));
        poseArrayMsg.poses.push_back(createPose(0.08, 0.0, 0.4, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5));
        poseArrayMsg.poses.push_back(createPose(0.08, 0.0, 0.54, 0.5, 0.5, 0.5, 0.5));

        pose_pub.publish(poseArrayMsg);
        ROS_INFO("Published PoseArray with 3 poses");

        return 0;
    }

  4. Demo示例:

末端执行器姿态运动接口​
话题名称 描述 消息类型
/a1_ee_target 臂末端关节的目标姿态 Geometry_msgs::PoseStamped

针对以上话题的具体字段及其详细描述如下表所示：

话题名称 字段 描述
/a1_ee_target header 标准消息头
pose.position.x x轴偏移
pose.position.y y轴偏移
pose.position.z z轴偏移
pose.orientation.x 旋转四元数
pose.orientation.y 旋转四元数
pose.orientation.z 旋转四元数
pose.orientation.w 旋转四元数

关节角度运动​

  1. 启动关节角度运动脚本。启动RViz可视化。

    cd A1_SDK/install
    source setup.bash
    roslaunch mobiman jointTrackerdemo.launch

  2. 在/arm_joint_target_position话题上发布关节运动的消息。此操作是非阻塞的，允许连续发布，使关节运动不间断。

    import rospy
    from sensor_msgs.msg import JointState

    def publish_joint_state():
        rospy.init_node('joint_state_publisher', anonymous=True)
        pub = rospy.Publisher('/arm_joint_target_position', JointState, queue_size=10)

        rate = rospy.Rate(10)  # 1 Hz
        joint_state = JointState()
        joint_state.header.seq = 0
        joint_state.header.stamp = rospy.Time.now()
        joint_state.header.frame_id = 'world'
        joint_state.name = ['joint1', 'joint2', 'joint3', 'joint4', 'joint5', 'joint6']
        joint_state.velocity = []
        joint_state.effort = []
        joint_state.position = [0, 0, 0, 0, 0, 0]  # 初始化位置
        steps = 100 # 设定步数
        target_position = [0.5, 0, 0, 0, 0, 0]  # 目标位置

        # 计算每个关节的增量
        step_increment = [(target - current) / steps for target, current in zip(target_position, joint_state.position)]
        rospy.loginfo(f"Step increment: {step_increment}")

        # **等待发布器建立连接**
        rospy.loginfo("Waiting for subscribers to connect...")
        while pub.get_num_connections() == 0 and not rospy.is_shutdown():
            rospy.sleep(0.1)  # 100ms 等待

        rospy.loginfo("Subscribers connected, starting publishing...")

        # **开始发布 JointState**
        for step in range(steps):
            joint_state.header.stamp = rospy.Time.now()  # 更新时间戳
            joint_state.position = [current + increment for current, increment in zip(joint_state.position, step_increment)]
            pub.publish(joint_state)
            rate.sleep()

        rospy.loginfo("Published JointState message to /arm_joint_target_position")

    if __name__ == '__main__':
        try:
            publish_joint_state()
        except rospy.ROSInterruptException:
            pass
关节位置运动接口​

mobiman是一个用于Galaxea A1单关节控制的ROS包。可指定每个关节从当前位置移动到目标位置，可配置最大速度和加速度。如果参数没有指定，默认值将被使用。默认最大速度是20 rad/s，默认最大加速度是20 rad/s²。运动接口的话题名称和字段如下表详细说明。

话题名称 描述 消息类型
/arm_joint_target_position 每个关节的目标位置 Sensor_msgs/JointState

针对以上话题的具体字段及其详细描述如下表所示：

话题名称 字段 描述
/arm_joint_target_position header 标准消息头
name 每个关节的名称
position 每个关节的目标位置
velocity 每个关节的最大速度