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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:
    • 在服务模式下，地址为自动获取的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 关节扭矩过失的运动规划;
    • 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模式和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libfranka和franka_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的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 和 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

      • 为了安全性和性能起见，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工具在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的关节阻抗类型控件,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

      • 使用电机控制和扭矩控制;
      • 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的矩阵;
      • 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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