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Galaxea A1 Software Guide

我们研发了一款高效的驱动程序，它能够将从站计算机的串行信号转换，并集成至 ROS（机器人操作系统）平台。这款驱动程序不仅能控制从站计算机，还能从设备获取反馈信息和错误代码，实现双向通信和实时控制。

本教程将指导您如何利用此程序来开发和操作Galaxea A1。

软件依赖

  1. Ubuntu 20.04 LTS
  2. ROS Noetic

安装

这款SDK无需重新编译。请参考开发与操作教程直接使用。

首次操作

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

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}
}
}"

开发与操作教程

A1驱动套件

  1. 首次使用时，在确认电源和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，您可以初始化SDK： 
    cd A1_SDK/install
source setup.bash
roslaunch signal_arm single_arm_node.launch
    接口部分描述了A1机械臂的各种控制和状态反馈接口，帮助用户了解如何通过ROS包连接和控制机械臂。

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 signal_arm/arm_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 数据类型 单位 备注
/joint_states_host header 标准消息头 - - -
name 关节名称 string[] - -
position 关节位置 float64[] rad -
velocity 关节速度 float64[] rad/s -
effort 关节力矩 float64[] Nm -
/arm_status_host header 标准消息头 - - -
data.name 关节名称 string[] - -
data.motor_errors.error_code 关节错误码 float32[] - -
data.motor_errors.error_description 关节错误描述 float32[] °C -
/arm_joint_command_host header 标准消息头 - - -
p_des 目标关节位置 float32[] rad -
v_des 目标关节速度 float32[] rad/s -
t_ff 目标关节力矩 float32[] Nm -
kp 目标关节kp float32[] - -
kd 目标关节kd float32[] - -
mode 控制模式 uint8 - 默认0, MIT控制
/gripper_force_control_host header 标准消息头 - - -
gripper_force 夹持力 float32 N -
/gripper_position_control_host header 标准消息头 - - -
gripper_stroke 目标行程 float32 mm -
/gripper_stroke_host header 标准消息头 - - -
name 夹爪名称 string[] - -
position 夹爪行程 float64[] mm -
velocity 夹爪速度 float64[] - -
effort 夹爪力矩 float64[] - -

夹爪控制示例

  1. 夹爪力控制接口 
    # 控制夹爪到指定的力
# 正gripper_force闭合夹爪；负gripper_force打开它
rostopic pub /gripper_force_control_host signal_arm/gripper_joint_command "header:
  seq: 0
  stamp:
    secs: 0
    nsecs: 0
  frame_id: ''
gripper_force: 10.0"
  2. 夹爪位置控制接口 
    #  控制夹爪到指定位置，60为打开，0为闭合
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

关节和末端执行器运动控制

我们为 Galaxea A1 提供了关节和末端执行器运动控制接口，通过ROS（机器人操作系统）框架实现高效控制。在执行末端执行器或关节运动之前，您必须首先激活signal_arm接口；详细操作说明可在signal_arm文档中找到。该项目包括几个主要功能：

  • 末端执行器姿态运动：允许用户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。这个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。这个功能非常适合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，用户可以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. 首先，启动末端执行器姿态运动脚本。这将为Galaxea A1启动一个RViz可视化，默认关节位置设置为零。 

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

  2. 在文件eeTrackerdemo.launch中： 

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

  3. 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.
    pose_msg.pose.position.y = 0.
    pose_msg.pose.position.z = 0.
    pose_msg.pose.orientation.x = 0.
    pose_msg.pose.orientation.y = 0.
    pose_msg.pose.orientation.z = 0.
    pose_msg.pose.orientation.w = 0.
    # 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

  4. 使用示例：

末端执行器轨迹运动

  1. 首先，启动末端执行器轨迹运动脚本。这将为Galaxea A1启动一个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： 

    <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. 演示示例:

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
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. 首先，启动关节角度运动脚本。这将为Galaxea A1启动一个RViz可视化，默认关节位置设置为零。 

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

  2. 在文件jointTrackerdemo.launch中： 

    <param name="joint_states_sub_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_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) # 10 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 = []
    # Initialize positions to zeros
    joint_state.position = [0, 0, 0, 0, 0, 0]
    steps = 100 # Number of steps

   #to reach the target position
   target_position = [0.5, 0, 0, 0, 0, 0]
   step_increment = [(target - current) / steps for target, current in zip(target_position, joint_state.position)]
   for step in range(steps):
       joint_state.header.stamp = rospy.Time.now() # Update the timestamp
       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

/joint_move是一个用于Galaxea A1单关节控制的ROS包。该包允许您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。如果这些参数没有指定，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
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