clear all
Modelatge amb la Robotic System Toolbox
Aquest tutorial explica com configurar un robot a la Robotic System Toolbox.
General
La Robotic System Toolbox utilitza estructures per definir els manipuladors robòtics.
Pots crear un rigidBodyTree per omplir-lo amb els valors del teu robot. Defineix el DataFormat com a column o row per als càlculs dinàmics.
robot = rigidBodyTree("DataFormat","column")
robot =
rigidBodyTree with properties:
NumBodies: 0
Bodies: {1x0 cell}
Base: [1x1 rigidBody]
BodyNames: {1x0 cell}
BaseName: 'base'
Gravity: [0 0 0]
DataFormat: 'column'
FrameNames: {'base'}
Ara hem d’omplir els camps d’aquest objecte amb els valors corresponents al robot.
Crear un robot
Considerem un robot planar simple:
i els seus paràmetres DH:
| Eslabó | a \(begin:math:display\)m\(end:math:display\) | alpha | d \(begin:math:display\)m\(end:math:display\) | theta |
| 1 | 0.30 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0.25 | pi/2 | 0 | 0 |
%a alpha d theta
DH_1 = [0.3 0 0 0];
DH_2 = [0.25 pi/2 0 0];
addicionalment, tenim una translació i una rotació de la base a la primera articulació. Això es pot representar amb la matriu de transformació homogènia següent:
$$ T_{\textrm{B0}} =\left\lbrack \begin{array}{cccc} 0 & 1 & 0 & 0\newline -1 & 0 & 0 & -0\ldotp 1\newline 0 & 0 & 1 & 0\newline 0 & 0 & 0 & 1 \end{array}\right\rbrack $$
TB0= [ 0, 1, 0, 0;
-1, 0, 0, -0.1;
0, 0, 1, 0;
0, 0, 0, 1 ];
primer crea cell arrays buits de cossos i articulacions
bodies = cell(3,1);
joints = cell(3,1);
defineix els cossos com a rigidBody i assigna un nom a cada cos
bodies{1} = rigidBody('body_base');
bodies{2} = rigidBody('body_1');
bodies{3} = rigidBody('body_2');
defineix les articulacions com a rigidBodyJoint, estableix-ne el nom i defineix si són una articulació revolute, prismatic o fixed.
joints{1} = rigidBodyJoint('base_link', 'fixed');
joints{2} = rigidBodyJoint('joint_1', 'revolute');
joints{3} = rigidBodyJoint('joint_2', 'revolute');
Si una articulació té un límit en termes de posicions viables, podem establir els límits de posició. Considerem que la primera articulació rotacional està restringida per \(\theta {\;}_{\textrm{Joint}\;1} \in \left\lbrack 0\;,\pi \right\rbrack\)
joints{2}.PositionLimits = [0 , pi];
defineix les transformacions per a les articulacions. Afegeix el paràmetre 'dh' perquè la toolbox sàpiga que li estàs introduint dades en format DH. També pots passar-hi una matriu de transformació homogènia.
Per a una articulació rotacional, el sistema ignorarà automàticament el paràmetre "theta", ja que theta és l’acció de l’articulació. Per a les articulacions prismàtiques, s’ignorarà el paràmetre "d", ja que és l’acció de l’articulació.
setFixedTransform(joints{1}, TB0);
setFixedTransform(joints{2}, DH_1, 'dh');
setFixedTransform(joints{3}, DH_2, 'dh');
afegeix les articulacions als cossos:
bodies{1}.Joint = joints{1};
bodies{2}.Joint = joints{2};
bodies{3}.Joint = joints{3};
finalment, afegeix els cossos a l’estructura del robot.
El primer cos està connectat a la base.
addBody(robot, bodies{1}, "base");
Els cossos següents estan connectats al seu predecessor.
Pots introduir manualment els seus noms:
addBody(robot, bodies{2}, 'body_base')
o accedir als noms definits prèviament
addBody(robot, bodies{3}, bodies{2}.Name);
Per accedir i canviar valors de les articulacions del robot després d’afegir els cossos al robot, podem utilitzar notació d’estructura i de cell. Per canviar els límits de l’articulació podem fer:
robot.Bodies{2}.Joint.PositionLimits = [-pi,pi/2];
Per afegir desplaçaments per a un estat d’articulació ("theta" per a articulacions rotacionals o "d" per a prismàtiques), pots definir-ne la posició inicial. Aquests valors seran els valors per defecte per mostrar el robot.
Per a aquest robot d’exemple utilitzarem el paràmetre "theta" guardat a la 4a posició dels nostres paràmetres DH.
robot.Bodies{2}.Joint.HomePosition = DH_1(4);
robot.Bodies{3}.Joint.HomePosition = DH_2(4);
addicionalment, hem d’establir la direcció i la magnitud de la gravetat respecte del sistema de la base:
robot.Gravity = [0, 9.81, 0];
showdetails(robot)
--------------------
Robot: (3 bodies)
Idx Body Name Joint Name Joint Type Parent Name(Idx) Children Name(s)
--- --------- ---------- ---------- ---------------- ----------------
1 body_base base_link fixed base(0) body_1(2)
2 body_1 joint_1 revolute body_base(1) body_2(3)
3 body_2 joint_2 revolute body_1(2)
--------------------
Visualitzar l’estructura del robot
Per veure el robot a MATLAB pots utilitzar la funció show(); mostrarà el robot en la seva configuració inicial:
show(robot)
ans =
Axes (Primary) with properties:
XLim: [-1 1]
YLim: [-1 1]
XScale: 'linear'
YScale: 'linear'
GridLineStyle: '-'
Position: [0.1300 0.1100 0.7750 0.8150]
Units: 'normalized'
Show all properties
Per veure el robot en una altra configuració:
myconfig_2 = [0;-pi/2]; %column vector because we defined the robot as: robot = rigidBodyTree("DataFormat","column")
show(robot, myconfig_2) %we only have two joints
%This configuration is the one needed for the JointStatesToRviz
myconfig = [0,-pi/2,0,-pi/2,0,0];
Visualitzar a Rviz
En aquest tutorial pots utilitzar l'eina de visualització de ROS2 Rviz.
Per arrancar Rviz:
StartTutorialApplication('Rviz','model','ur3e');
%StartTutorialApplication('Rviz','model','ur3e', 'docker',false); %use this
%when using a native ROS workspace
Pots especificar qualsevol model UR, per exemple 'UR5e' (el model per defecte és UR3e).
Un cop Rviz està en execució, pots enviar-li una configuració desitjada com:
myconfig = [0,-pi/2,0,-pi/2,0,0];
JointStatesToRviz(myconfig, 'ur5e');