ROS探索总结-27.ROS Industrial

ROS Industrial

工业机器人是机器人中非常重要的一个部分，在工业领域应用广泛而且成熟，ROS迅猛发展的过程中，也不断渗入到工业领域，从而产生了一个新的分支——ROS-Industrial（ROS-I）。

ROS-I的官网： http://rosindustrial.org/

一、ROS-I的目标

• 将ROS强大的功能应用到工业生产的过程中；
• 为工业机器人的研究与应用提供快捷有效的开发途径；
• 为工业机器人创建一个强大的社区支持；
• 为工业机器人提供一站式的工业级ROS应用开发支持。

ROS向工业领域的渗透，可以将ROS中丰富的功能、特性带给工业机器人，比如运动规划，运动学算法，视觉感知，还有rviz，gazebo等工具，不仅降低了原本复杂严格的工业机器人研发门槛，而且在研发成本发面也具有极大的优势。

二、ROS-I的安装

在完整安装ROS之后，通过以下的命令就可以安装ROS-I了：

$ sudo apt-get install ros-indigo-industrial-core ros-indigo-open-industrial-ros-controllers

三、ROS-I的架构

解析：

• GUI：上层UI分为两个部分：一个部分是ROS中现在已有的UI工具；另外一个部分是专门针对工业机器人通用的UI工具，不过是将来才会实现。
• ROS Layer：ROS基础框架，提供核心通讯机制
• MoveIt! Layer：为工业机器人提供规划、运动学等核心功能的解决方案
• ROS-I Application Layer：处理工业生产的具体应用，也是针对将来的规划
• ROS-I Interface Layer：接口层，包括工业机器人的客户端，可以通过 simple message协议与机器人的控制器通信
• ROS-I Simple Message Layer：通信层，定义了通信的协议，打包和解析通信数据
• ROS-I Controller Layer：机器人厂商开发的工业机器人控制器。

从上边的架构我们可以看到，ROS-I在复用已有ROS框架、功能的基础上，针对工业领域进行了针对性的拓展，而且可以通用于不同厂家的机器人控制器。

四、ROS-I控制UR机械臂

Universal Robots是丹麦的一家工业机器人制作商，主要的机器人产品有：UR3、UR5和UR10，分别针对不同的负载：

我们以该机器人作为示例，看一下ROS-I的应用。

4.1 安装

首先我们需要安装UR机器人的ROS功能包集。

$ sudo apt-get install ros-indigo-universal-robot

该功能包集包含了UR仿真、运行需要的主要功能包：ur_description， ur_driver， ur_bringup， ur_gazebo， ur_msgs， ur10_moveit_config/ur5_moveit_config， ur_kinematics。

4.2 运行

安装完成后，使用下边的命令，我们就可以看到UR10的机器人模型了（第一次运行需要等待较长时间完成模型加载）：

$ roslaunch ur_gazebo ur10.launch

效果图：

然后我们让机械臂动起来，需要运行MoveIt运动规划的节点：

$ roslaunch ur10_moveit_config ur10_moveit_planning_execution.launch sim:=true

然后运行rviz：

$ roslaunch ur10_moveit_config moveit_rviz.launch config:=true

效果图：

启动之后，我们可以看到rivz中的机器人模型和gazebo中的机器人模型应该是一样的姿态。在rviz中，我们可以用鼠标拖动机器人的终端，然后点击planning标签页中的plan nad execute就可以让机器人规划路径并且到达目标位置了，gazebo中的模型也会跟随变化。

4.3 分析

看到这里，也许我们会有一个疑问：这不就是MoveIt那一套东西么， 感觉和ROS-I并没有什么关系？再回头看ROS-I的架构，这种架构的上层控制本身就是复用的已有的软件包，ROS-I目前主要关注的是如何使用这些软件包来控制工业机械臂，也就是最下边的三层结构。我们把这三层从上到下分析一下：

首先是ROS-I Interface Layer层，这一层需要我们设计一个机器人的客户端节点，主要功能是完成数据从ROS到机械臂的转发，ROS-I为我们提供了许多编程接口，可以帮助我们快速开发，下图就是几个比较常用的API，具体API的使用说明可以查看官方文档。

对于机械臂来讲，这里最重要的是 robot_state和 joint_trajectory。 robot_state包括很多状态信息，ROS-I都已经帮我们定义好了，可以去industrial_msgs包里看到消息的定义文件。joint_trajectory订阅了MoveIt规划出来的路径消息，然后打包发送给最下层的机器人服务器端。通常会把这一层的功能封装成robot_name_driver功能包，可以看ROS-I中ABB和UR的机械臂都是这样的，可以参考他们的源码进行设计。

然后是ROS-I Simple Message Layer层，这一层主要是上下两层的通信协议。Simple Message这个协议是基于TCP的，上下层客户端和服务器端的消息交互，全部通过这一层提供的API进行打包和解析。

具体使用方法可以参考:http://wiki.ros.org/simple_message，也可以直接看ROS-I的源码：https://github.com/ros-industrial/industrial_core，主要实现SimpleSerialize和TypedMessage两个类的功能即可。

最下层的ROS-I Controller Layer是厂家自己的控制器，考虑到实时性的要求，一般不会使用ROS，只要留出TCP的接口即可，接收到trajectory消息解析之后，就按照厂家自己的算法完成动作了。

可见，如果我们想要通过ROS-I来控制自己的机械臂，最下边的三层使我们需要实现的重点，上层运动规划部分可以交给ROS来完成。