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xinyoucd/Franka_panda-usage-example

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Franka_panda-usage-example

本手册使用说明

  • 本手册并不是一个完整的官方说明手册,而是一个经验使用手册;
  • 本手册的目的时让开发者 快速的上手 使用franka_panda机械臂,并对相关的功能进行了一定的介绍;
  • 本手册不会像官方的手册那样 非常严谨 ,主要的目的让大家快速的上手这款机械臂;
  • 后续的细节请参照 官方的文档 进行学习;

Franka_panda 图片欣赏

Franka_panda 机械臂欣赏

  • 展示一:

  • 展示二:

开箱说明

  • Franka_panda 机械臂一台
  • 控制柜一台
  • 夹持器一个
  • 急停按钮
  • 运动模式控制按钮
  • 手柄控制器
  • 其他配件
  • 选购产品
    • FCI控制插件 ===> ros通讯插件;
    • 官方的App控制插件 ===> 使用官方的自己的运动控制插件;

声明

  • 本产品的相关配置已经全部配置完成
  • 不需要重置

机械臂状态

  • 黄色灯亮
    • 锁定状态
  • 蓝色灯亮
    • 准备运动模式
  • 粉红色灯亮
    • 报警,不会急停
  • 红色灯亮
    • 急停
  • 白色灯亮
    • 没有使能

Franka_panda 相关信息

  • Franka_panda 控制柜IP(静态ip)
    • 172.16.0.2
  • 主控机的IP(静态ip)
    • 172.16.0.1
  • 注意:
    • 服务模式下,地址为自动获取IP,不是静态IP;

Franka_panda官方资源

准备工作

  • 相关工具准备
    • 一台 Franka Panda机器人;
    • 装有Linux的电脑一台;
    • 一根质量较好,较长的网线;
  • 基础知识
    • 机器人学的相关知识;
    • C++编程;
    • Linux操作系统 的相关知识;
    • ROS系统 的相关知识;
  • linux 系统版本
    • Ubuntu 16.04 (Xenial Xerus)
  • ROS 版本
    • rosdistro: kinetic
    • rosversion: 1.12.14

使用注意事项

  • 机器人使用注意事项
    • 由于panda机械内部的机械结构构造,在使用时候注意以下几点:
      • panda机械臂使用时,请将机械臂的底部固定牢固。如果,底部固定的不够牢固,可能导致机械臂发生急停;
      • 使用此机械臂时,应避免关节扭矩过失;
      • 规划机械臂的运动轨迹时,尽量避免 关节扭矩过失运动规划;
    • 急停的处理:
      • 按下急停之后,请立即关闭控制柜的电源
      • 此时,打开开关不能启动机械臂为正常现象。请关闭电源,等待1~2分钟后重启;
  • 将机器人组装完成之后,先使用Franka_panda机器人自带的Desk界面测试机器人的相关功能是否正常;使用Desk界面的步骤如下:
    • 首先,用以太网线连接自己的电脑和机器人。
    • 注意:
      • Franka机器人有两个以太网口一个在机器人底座上,一个在控制柜上。二者是不同的,但是都可以使用。
  • 两个端口的区别
    • 如果连接到机器人底座 ,此时机器人是 server模式,可以通过robot.franka.de 访问desk。
    • 如果连接到控制柜此时机器人是client模式,只能通过ip地址访问desk。
  • 备注:
    • 如果机器人使用franka自带的app,连接时;
      • 可以同时使用两种模式,server模式client模式;
    • 如果使用ROS进行控制时:
      • 只能使用client模式;
    • Desk的用法十分简单,本手册不做介绍。

相关的软件安装

  • 此手册提供的软件安装的系统为Linux操作系统Franka-panda机械臂进行编程控制时,一般有两种模式,即使用ROS或者直接调用API。本教程提供的两种方式进行控制;

  • 安装ROS

    • 安装教程点击这里,👉 教程
    • 😏 😏 😏
  • libfranka 源码安装编译

    • 安装最新版本的libfranka,必须采用源码编译,首先,删除之前安装的libfrankafranka_ros以防冲突。
    sudo apt remove "*libfranka*"
    • 删除完成后,首先安装依赖库:
    sudo apt install build-essential cmake git libpoco-dev libeigen3-dev
    • 首先将Source code文件夹里面的libfranka取出来放到home文件夹下面
    • 具体的编译源码的指令如下:
    # 创建源码构建空间
    mkdir build
    
    # 进入到源码构建的空间
    cd build
    
    # 构建源码
    cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release ..
    
    # 编译源码
    cmake --build .
  • 编译、构建 franka_ros 通讯接口

    • 功能包安装
    • 此功能包不兼容源码编译,此步骤可以省略
    sudo apt-get install ros-kinetic-franka-ros
    • 构建工作空间

      mkdir -p catkin_ws/src
      cd catkin_ws/src
      catkin_init_workspeace
      cd ..
      catkin_make
      • 将提供的源码放到工作空间里面;
      • 编译源码的步骤如下:
      #进入到工作空间
      catkin_make -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release -DFranka_DIR:PATH=/path/to/libfranka/build
      
      # 刷星ros工作空间脚本
      source devel/setup.sh
  • 编译real-time内核

    • 本节是以4.14.12内核为基础,不同的版本需要的内核不同,此处主要是演示内核的编译过程;
    • 使用Franka_panda机械臂时,需要实时内核。这种方式和绝大多数使用ROS控制的机械臂有很多的不同。linux实时内核的构建方法有多种本教程使用的是Franka_panda官方提供的实时内核的编译方法:
    • 查看当前系统的Linux内核版本,终端输入:
    uname -r
    • 终端会提示当前Linux内核的版本,在ubuntu16.04.6版本的系统在终端里面显示的内核版本为--->4.15.0-generic。终端界面显示的版本不是实时内核,需要自行安装编译实时内核。选择实时内核的版本没有什么推荐,原则上使用一个与自己版本最接近的内核就好。如果担心内核奔溃,可以安装多个内核并在高级启动时自行切换。
    • 内核的安装编译方法可参考Franka FCI手册,但是该方法在网络连接不畅时极其慢,不推荐使用。
    • 注意:
      • 选择实时内核版本时,不必选择与自带内核号一致的版本。也可以安装对应的其他的generic内核有时候甚至可能出现在某一版本内核下编译出错,换一个内核却可以的情况。
      • 编译过程非常费时,完成后需要调整默认的内核启动系统才能自行进入实时内核
      • 有些时候可能会无法进入所选内核,系统提示“vmlinuz-… invalid signiture”,解决方案是在BIOS里面关闭Secure boot功能。
      • 系统启动后别忘了用uname -r或者uname -a检查内核是否已经正确切换到实时内核
      • 内核是安装在系统的boot分区下的,因此务必保证该分区空间充足,如何希望保存两个内核(generic rt 内核)的话,建议boot分区大于4G,以便后续内核更新不会出现问题。
    • 指令如下:
    # 下载实时内核 && 相关的配置文件
    curl -SLO https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.14.12.tar.xz
    curl -SLO https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.14.12.tar.sign
    curl -SLO https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/4.14/older/patch-4.14.12-rt10.patch.xz
    curl -SLO https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/projects/rt/4.14/older/patch-4.14.12-rt10.patch.xz
    • 注意

      • 此处下载极慢,最好使用一些加密协议
    • 解压下载的相关文件

    xz -d linux-4.14.12.tar.xz
    xz -d patch-4.14.12-rt10.patch.xz
    • 对下载的实时内核包进行数据校验;
    gpg2 --verify linux-4.14.12.tar.sign
    • 显示校验的信息如下:
    gpg: assuming signed data in 'linux-4.14.12.tar'
    gpg: Signature made Fr 05 Jan 2018 06:49:11 PST using RSA key ID 6092693E
    gpg: Can't check signature: No public key
    # 0x6092693E这个秘钥时根据gpg2 --verify linux-4.14.12.tar.sign得到的
    gpg2  --keyserver hkp://keys.gnupg.net --recv-keys 0x6092693E
    
    gpg2 --verify patch-4.14.12-rt10.patch.sign
    
    # 0x2872E4CC验证秘钥是根据gpg2 --verify patch-4.14.12-rt10.patch.sign得到的
    gpg2 --keyserver hkp://keys.gnupg.net --recv-keys 0x2872E4CC
    • 上面的步骤是为了校验实时内核的完整性;
    • 如果您对自己的网络比较自信可以忽略;
    • 😂😂😂
    • 解压源码包,准备开始编译源码包,指令如下:
    #解压源码包
    tar xf linux-4.14.12.tar
    
    #进入到源码包
    cd linux-4.14.12
    
    #添加源码包的配置
    patch -p1 < ../patch-4.14.12-rt10.patch
    
    #编译源码包
    make oldconfig
    • 上面的指令输完之后,终端里面就会显示下面的界面;
    Preemption Model
      1. No Forced Preemption (Server) (PREEMPT_NONE)
      2. Voluntary Kernel Preemption (Desktop) (PREEMPT_VOLUNTARY)
      3. Preemptible Kernel (Low-Latency Desktop) (PREEMPT__LL) (NEW)
      4. Preemptible Kernel (Basic RT) (PREEMPT_RTB) (NEW)
      > 5. Fully Preemptible Kernel (RT) (PREEMPT_RT_FULL) (NEW)
    • 当源码构建完成之后,输入下面的指令开始编译内核;这个过程取决于自己电脑的cpu的性能以及内核数目,后面编译内核的参数可以根据自己电脑的情况进行修改;
    fakeroot make -j4 deb-pkg
    • 编译完成之后,输入下面的指令,安装编译好的实时内核;
    sudo dpkg -i ../linux-headers-4.14.12-rt10_*.deb ../linux-image-4.14.12-rt10_*.deb
    • 输入下面的指令,调整CPU的工作模式;
    sudo addgroup realtime
    
    sudo usermod -a -G realtime $(whoami)
    
    sudo gedit /etc/security/limits.conf
    • 向系统的添加cpu相关的配置
    @realtime soft rtprio 99
    @realtime soft priority 99
    @realtime soft memlock 102400
    @realtime hard rtprio 99
    @realtime hard priority 99
    @realtime hard memlock 102400
    • 禁用CPU节能策略

      • 为了安全性性能起见,建议配置完成后关闭系统的CPU频率调整功能。
      • 首先安装工具cpufrquentiles
      sudo apt install cpufrequtils
      • 完成后,运行cpufreq-info查看当前CPU状态,当前“governor”属性可能是“powersave”模式,修改为“performance”模式。
      cpufreq-info
      • 修改方法有多种,可以采用indicator-cpufreq工具UI界面手动修改。也可通过指令修改,运行如下指令:
      sudo systemctl disable ondemand
      sudo systemctl enable cpufrequtils
      sudo sh -c 'echo "GOVERNOR=performance" > /etc/default/cpufrequtils'
      sudo systemctl daemon-reload && sudo systemctl restart cpufrequtils

如何使用源码

  • 首先,安装提供编译的源码;

  • API demo说明

    • communication_test

      • 通信测试;
      • 使用方法
      ./examples/communication_test "172.16.0.2"
    • cartesian_impedance_control

      • 无惯性整形的简单笛卡尔阻抗控制器;
      • 使用方法
      ./examples/cartesian_impedance_control "172.16.0.2"
    • echo_robot_state

      • 连续读取机器人状态;
      • 使用方法
      ./examples/echo_robot_state "172.16.0.2"
    • force_control

      • PI力控制器,可在Z轴上绘制对应的重力;
      • 使用方法
      ./examplesforce_control "172.16.0.2"
    • generate_cartesian_pose_motion

      • 如何生成笛卡尔运动;
      • 使用方法
      ./examples/generate_cartesian_pose_motion "172.16.0.2"
    • generate_cartesian_velocity_motion

      • 如何生成笛卡尔速度运动;
      • 使用方法
      ./examples/generate_cartesian_velocity_motion "172.16.0.2"
    • generate_consecutive_motions

      • 错误恢复的连续运动;
      • 使用方法
      ./examples/generate_consecutive_motions "172.16.0.2"
    • generate_elbow_motion

      • 移动机器人肘部;
      • 使用方法
      ./examples/generate_elbow_motion "172.16.0.2"
    • generate_joint_position_motion

      • 如何产生关节位置运动;
      • 使用方法
      ./examples/generate_joint_position_motion "172.16.0.2"
    • generate_joint_velocity_motion

      • 如何产生关节速度运动;
      • 使用方法
      ./examples/generate_joint_velocity_motion "172.16.0.2"
    • grasp_object

      • 控制FRANKA夹持器;
      • 使用方法
      ./examples/grasp_object "172.16.0.2"
    • joint_impedance_contro

      • 以形状执行笛卡尔运动关节阻抗类型控件,画圆;
      • 使用方法
      ./examples/joint_impedance_contro "172.16.0.2"
    • joint_point_to_point_motion

      • 命令关节位置将机器人移动到目标位置;
      • 使用方法
      ./examples/joint_point_to_point_motion "172.16.0.2"
    • motion_with_control

      • 使用电机控制扭矩控制;
      • 使用方法
      ./examples/motion_with_control "172.16.0.2"
    • print_joint_poses

      • 每个关节相对于基础框架矩阵;
      • 使用方法
      ./examples/print_joint_poses "172.16.0.2"
  • Frank_ros

    • 启动move_it运动规划
    roslaunch panda_moveit_config panda_control_moveit_rviz.launch
    #不用添加机械臂的IP地址
    #机械臂的IP地址已在launch文件中写好
    • 等待所有的规划组件启动完成之后,在rviz里面拖动末端,进行机械臂的运动规划;
    • 使用时,Franka_panda的指示灯一定为蓝色

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