ROS学习笔记（5）:ros_control

1.ros_control简介

ros_control - ROS Wiki

ros_control是为ROS提供的机器人控制包，包含一系列控制器接口、传动装置接口、控制器工具箱等,有效帮助机器人应用功能包快速落地，提高开发效率。

2.ros_control框架

ros_control总体框架：

针对不同类型的机器人（哨兵小车，机械臂等）ros_control提供了多种类型控制器，这些控制器的接口各不相同。ros_control提供了一个硬件抽象层，用来提高代码的复用率，负责机器人硬件资源管理，控制器从抽象层请求资源，不直接接触硬件。

 ros_control的数据流图：

1.控制器管理器（Controller Manager）

每个机器人有一个或多个控制器，控制器管理器提供了通用接口来管理不同的控制器。控制器管理器的输入就是ROS上层应用功能包的输出。

2.控制器（Controller）

控制器可以完成每个joint控制，读取硬件资源接口状态，再发布控制命令，提供PID控制器。

3.硬件资源（Hardware Resource）

为上下两层提供硬件资源接口。

4.机器人硬件抽象（RobotHW）

机器人硬件抽象和硬件资源通信，通过write和read方法完成硬件操作，包含关节约束、力矩转换、状态转换等功能。

5.真实机器人（Real Robot）

真实机器人上需要有自己的嵌入式控制器，将接收到的命令反映到执行器上，例如接收到旋转90°的命令后，就需要让执行器快速、稳定地旋转90°。

3.控制器

ros_controllers功能包提供了许多控制器：

创建自己的控制器：

controller_interface · ros-controls/ros_control Wiki (github.com)

ros_controllers和ros_control之间的多种控制接口:

4.硬件接口 

硬件接口是控制器和RobotHW沟通的接口，基本与控制器的种类相对应：

创建自己的硬件接口：

hardware_interface · ros-controls/ros_control Wiki (github.com)

5.传动系统（Transmission）

 传动系统可以将机器人的关节指令转换成执行器的控制信号。机器人每个需要运动的关节都需要配置相应的传动系统，可以在机器人的URDF模型文件中配置：

urdf/XML/传输 - ROS Wiki

6.关节约束(Joint Limits)

 关节约束是硬件抽象层中的一部分，维护一个关节约束的数据结构，这些约束数据可以从机器人的URDF文件中加载、可以在ROS的参数服务器上加载（需要先用YAML配置文件导入ROS参数服务器），包含了关节速度、位置、加速度、加加速度、力矩等约束，还包含了其安全作用的位置软限位、速度边界（k_v）和位置边界（k_p）等。

URDF文件中设置Joint Limits参数：

joint_limits_interface · ros-controls/ros_control Wiki (github.com)

7.控制器管理器（controller_manager）

控制器管理器提供了一种多控制器控制的机制，实现控制器的加载、运行启动、运行停止、卸载等多种操作。

控制器的状态跳转：

 

1.命令行工具

1.controller_manager命令格式：

rosrun controller_manager controller_manager <command> <controller_name>

支持的<command>:

·load:加载一个控制器。 

·unload:卸载一个控制器。

·start:启动控制器。

·stop:停止控制器。

·spawn:加载并启动一个控制器。

·kill:停止并卸载一个控制器。

2.查看控制器状态命令：

rosrun controller_manager controller_manager <command>

支持的<command>: 

·list:根据执行顺序列出所有控制器，并显示每个控制器的状态。

·list-types:显示所有控制器的类型。

·reload-libraries:以插件的形式重载所有的控制器的库，不需要重新启动，方便对控制器的开发和测试。

·reload-libraries--restore:以插件的形式重载所有控制器的库，并恢复到初始状态。

3.spawner命令

spawner命令是用于一次控制多个控制器,可以自动加载、启动控制器，加上--stopped参数，控制器就只会被加载，不会运行：

rosrun controller_manager spawner [--stopped] name1 name2 name3

4.unspawner

unspawner命令用于停止一系列控制器，但不需要卸载：

rosrun controller_manager unspawner name1 name2 name3

2.launch工具

launch文件运行controller_manager命令,加载、启动控制器：

<launch><node pkg="controller_manager" type="spawner" args="controller_name1 controller_name2"/>
</launch>

加载不启动：

<launch><node pkg="controller_manager" type="spawner" args="--stopped controller_name1 controller_name2"/>
</launch>

3.rqt_controller_manager可视化工具

rosrun rqt_controller_manager rqt_controller_manager