Categoria: eezyBotArm MK1

O firmware a correr no Arduino integra-se no ROS  pelo recurso às bibliotecas rosserial,  e, numa primeira fase, para gera o sinal PWM adequado é usada a biblioteca Servo. 

Posteriormente o sinal PWM será gerado por um módulo PCA9685, e o firmware necessita de ser alterado.

O arduino mega 2560 deve estar a correr o programa: myServoControl_ntbd.ino, que se encontra disponível no repositório ntdb do github.

O programa requer que a biblioteca ros_lib (rosserial arduino) esteja instalada no Arduino IDE.  A biblioteca rosserial pode ser instalada no gestor de bibliotecas disponível no IDE, mas é recomendado usar a biblioteca gerada pelo rosserial-arduino.

Também é obrigatório ter instalados no computador os pacotes do ROS:  rosserial e rosserial arduino. Para instalar pode-se usar os seguintes comandos:

sudo apt install ros-melodic-rosserial
sudo apt install ros-melodic-rosserial-arduino

Como o programa para o Arduino requer mensagens personalizadas do ROS  (ROS custom messages). Ver linha:

#include <ntbd_msgs/Motors_Array.h>

Teremos que efectuar um procedimento especial, que envolve a compilação do pacote de ROS do ntbd que tem as mensagens personalizadas, e assim obter o ficheiro de header necessário.

Para obter o ficheiro Motors_Array.h, é necessário, antes de mais, colocar o respectivo pacote do ROS na pasta adequada do catkin e proceder á sua compilação (também se pode proceder clonagem de todo o repositório postrior compilação):

cd ~/catkin_sw/src
git clone https://github.com/HotBlackRobotics/ntbd
cd ~/catkin_sw
catkin_make

De seguida, tem de se usar um dos seguintes comandos (pelos vistos existe a informação de vários devido à evolução das várias versões do ROS):

No ROS Melodic, o comando que funcionou foi  o ultimo dos indicados abaixo.

rosrun rosserial_client make_library.py ~/ ntbd_msgs
rosrun rosserial_arduino make_library.py ~/ ntbd_msgs
rosrun rosserial_arduino make_libraries.py ~/ ntbd_msgs

~/ representa a pasta de destino onde se encontra a ros_lib (biblioteca rosserial para o arduino)

ntbd_msgs, indica o pacote (com as mensagens) a ser compilado

O comando que usei (o último) gerou uma pasta ros_lib na home com toda a biblioteca do rosserial incluindo uma pasta ntbd_msgs que contem o ficheiro pretendido.

Nesta fase podemos optar por uma das duas soluções:

• Copiar a pasta ~/ros_lib/ntbd_msgs para ~/Arduino/libraries/ros_lib;
• Copiar a pasta para dentro da pasta do sketch do arduino, e alterar uma linha de include para passar a incluir a biblioteca localmente: #include “ntbd_msgs/Motors_Array.h”

Nesta fase já podemos compilar e enviar o programa para o Arduino Mega.

Sem alteração da biblioteca a comunicação serial funciona a 57600, por isso é necessário proceder, conforme descrito nos comentários do programa, à alteração a um ficheiro da biblioteca ros_lib.

myServoControl_ntbd.ino

Versão 1 (original)

Nesta versão é usado apenas o micro-controlador (arduino)

/* NTBD integration with eezybotarm
* Servo motors control using rosserial
* Author: fiorella.sibona@gmail.com
*/

#include <Servo.h> 
#include <ros.h>
#include <ntbd_msgs/Motors_Array.h>
#define USE_USBCON

ros::NodeHandle nh;

Servo servo1, servo2, servo3, servo4;

// Callback funtion ("as message is read, perform these actions")
void servos_cb( const ntbd_msgs::Motors_Array& angles_msg){

servo1.write(angles_msg.data[0]); 
servo2.write(angles_msg.data[1]);
servo3.write(angles_msg.data[2]);
servo4.write(angles_msg.data[3]);

}

// Subscriber node declaration, specifies the topic to which subscribe and the callback funtion
ros::Subscriber<ntbd_msgs::Motors_Array> sub("motors", servos_cb);

// Arduino setup function
void setup(){

nh.initNode();
nh.subscribe(sub);

servo1.attach(2); //attach it to pin 2
servo2.attach(3);
servo3.attach(4);
servo4.attach(5);

}

// Arduino loop function
void loop(){

nh.spinOnce();
delay(1);

}

Referencias

http://wiki.ros.org/rosserial_arduino/Tutorials/Adding%20Custom%20Messages

https://medium.com/@Sammy_Hasan/quick-code-v0-3-rosserial-custom-messages-ebdfc7ea172e

Com base no ficheiro URDF que descreve o braço eezybotarm mk1 feito é altura de tentar usar o ROS moveit.

O procedimento descrito abaixo foi efectuado de acordo com as indicações disponiveis em:

• http://docs.ros.org/melodic/api/moveit_tutorials/html/doc/setup_assistant/setup_assistant_tutorial.html

No caso de estar a usar o ROS kinetic as indicações estão disponiveis em:

• http://docs.ros.org/kinetic/api/moveit_tutorials/html/doc/setup_assistant/setup_assistant_tutorial.html

Efectuei vários testes com dois ficheiros URDF diferentes. Um com garra, e outro sem a garra. No processo descrito abaixo, a versão sem garra tem apenas o planning group Arm, com os links de 1 a 3, e não tem o End Efector.

O moveit setup assistant permite criar um pacote do ROS para usar um braço robótico com o Moveit.

O processo começa na execução do Moveit setup assistant com o seguinte comando:

roslaunch moveit_setup_assistant setup_assistant.launch

Escolher criar uma nova configuração para o moveit

Escolher o ficheiro URDF que descreve o braço eezyBotArm MK1 e enviar;

Clicar em Self Colisions

Clicar em Generate Colision Matrix;

Clicar em Virtual Joints

Clicar em Add Virtual Joint;

No joint name colocar “virtual_joint”;

No child link selecionar “base_link”;

No parent frame name colocar “world”;

No Joint Type selecionar “fixed”;

Clicar em Save;

Clicar em Planning Groups

Criar dois grupos. Um para o braço e outro para a garra.

Clicar em Add Group;

No group name colocar: Arm;

No kinematic solver seleccionar: kdl_kinematics_plugin/KDLKinematicPlugin;

Manter Kin. Search Resolution e  Kin. Search Timeout nos valores pré-definidos;

Clicar em Add Joints;

Do lado esquerdo selecionar: Joint_1, Joint_2, Joint_3 e Joint_4 e mover para o lado direito;

Clicar em Save;

Clicar em Add Group;

No group name colocar: Hand;

Não selecionar nada no kinematic solver;

Manter Kin. Search Resolution e  Kin. Search Timeout nos valores pré-definidos;

Clicar em Add Joints;

Do lado esquerdo selecionar: Joint_5 e mover para o lado direito;

Clicar em Save;

Clicar em Robot Poses

Clicar em Add pose

Em pose name colocar: Start

Definir os valores apropriados para Joint_1, Joint_2, Joint_3 e Joint_4;

Clicar em Save

Clicar em End Efector

Em End Efector Name colocar: Hand

No End Efector Group selecionar: Hand

No Parent Link selecionar: Joint_4

Clicar em Author Information

Definir o nome e o email do autor

Clicar em Configuration Files

Escolher o Configuration Package Save Path

Clicar em Browse,

No selector de pastas que se abre, clicar no icone para criar uma nova pasta, e atribuir-lhe o nome: ebamk1_movit_config

Clicar em Generate Package

No final, para sair, clicar em Exit Setup Assistant

De fora desta preparação ficaram as seguintes áreas.

• Passive Joints
• ROS Control
• Simulation
• 3D perception

Para visualizar o resultado no rviz usa-se o seguinte comando:

roslaunch ebamk1_moveit_config demo.launch

Durante a processo de aprendizagem fiz vários testes, e acabei por conservar também o primeiro teste ebamk1t1_moveit_config.

O braço robótico EEZYbotARM MK1 foi modelado com base no braço robótico industrial ABB – IRB460.

Este tipo de braço tem uma cadeia cinemática de malha fechada, pelo que não pode ser representado no RViz, sem antes ser convertido num modelo equivalente de malha aberta. Numa malha aberta o modelo tem de ter uma hierarquia em árvore.

A informação sobre a cinemática deste braço robótico está descrita no artigo que avalia o braço eezbotarm MK2.

A criação do ficheiro foi descrita como exemplo de um ficheiro URDF no artigo sobre ficheiros URDF.

Esta descrição do braço robótico eezyBotArm MK1 foi efectuada com base no urdf usado para MK2 no projecto ntbd disponivel no seguinte repositório:

https://github.com/HotBlackRobotics/ntbd

Apesar de ter perdido imensas horas a tentar, não consegui efectuar um ficheiro urdf apropriado com meshes, usando os ficheiros stl disponiveis.

Existem duas versões do ficheiro URDF para o eezbotarm mk1,:

ebamk1b.urdf – versão inicial conforme o projecto ntbd, e abordado no artigo sobre como fazer ficheiros urdf;

ebamk1a.urdf – versão com link representativo da garra, e que foi desenvolvido para a criação de um pacote de configuração para o eezyBotArm MK1 no ROS moveit, com o Moveit Setup Assistant.

Este artigo é sobre a lista de materiais, o fabrico das partes mecânicas e montagem de um braço róbotico MK1.

As informações de base para este projecto estão disponíveis nos seguintes links:

• http://www.eezyrobots.it/eba_mk1.html
• https://www.instructables.com/id/EEZYbotARM/
• https://www.thingiverse.com/thing:1015238

A parte electrónica e o sofware de exploração serão abordados em artigos posteriores

Lista de materiais

Para além das peças que são produzidas na impressora 3D, este projecto necessita do seguinte material:

• 3 x servo Tower Pro MG90 (ou SG90) c/ acessórios
• 1 x servo Tower Pro SG90 c/ acessórios
• 4 x parafuso M3 de 8 mm (alternativa: 10 mm)
• 2 x parafuso M3 de 10 mm
• 2 x parafuso M3 de 15 mm
• 6 x parafuso M4 de 20 mm
• 1 x parafuso M4 de 25 mm
• 1 x parafuso M4 de 30 mm
• 8 x porca M3 auto bloqueante
• 8 x porca M4 auto bloqueante
• 20 x anilha M4
• 1 x varão roscado c/ 25 mm (alternativa: 1 x parafuso M4 de 20mm)

Parte 1: Impressão e preparação das peças em 3D

Lista de peças a imprimir em 3D efectuar o braço róbotico, incluindo a garra.

• 1 x EBA_01.00.001.STL
• 1 x EBA_01.00.002_vertical_drive_arm.STL
• 3 x EBA_01.00.003_link.STL
• 1 x EBA_01.00.004_forward_drive_arm.STL
• 1 x EBA_01.00.005_horizontal_arm.STL
• 1 x EBA_01.00.006_triangular_link.STL
• 2 x EBA_01.00.009_servo_plate.STL
• 1 x EBA_01.00.010_basement.STL
• 1 x EBA_01.00.011_round_plate.STL
• 1 x EBA_01.00.012_R01_claw_support.STL
• 1 x EBA_01.00.013_R01_right_finger.STL
• 1 x EBA_01.00.014_R01_left_finger.STL
• 1 x EBA_01.00.015_drive_gear.STL
• 1 x EBA_01.00.016_R01_driven_gear.STL

Peças adicionais que são apenas usadas na demonstração

• EBA_01.00.017_R01_ramp.STL
• EBA_01.00.018_maestro_holder.STL
• EBA_01.00.019_ball.STL

Parte 2: Montagem do braço robótico

A montagem do braço robótico é efectuada em cerca de 5 passos, e divide-se em três conjuntos, a base, as hastes e a garra.

Passo 1 : montagem da base do braço robótico

Peças usadas:

• 1 x servo Tower Pro MG90 com acessórios
• 2 x parafusos M3 x 10 mm
• 2 x porcas M3 autobloqueante
• 001.STL
• 010_basement.STL
• 011_round_plate.STL

Primeiro fixa-se o servo à base (basement), com os parafusos que vêm como acessórios.

De seguida aplica-se o adaptador igual ao da imagem, e encaixa-se na base rotativa (round_plate). Fixa-se com um parafuso adequado(vem nos acessórios?).

Por ultimo aplica-se o suporte das hastes (001) com os dois parafusos M3 x 10mm e as respectivas porcas M3.

Passo 2: Montagem das hastes do braço robótico

Peças usadas

• 1 x EBA_01.00.002_vertical_drive_arm.STL
• 3 x EBA_01.00.003_link.STL
• 1 x EBA_01.00.004_forward_drive_arm.STL
• 1 x EBA_01.00.005_horizontal_arm.STL
• 1 x EBA_01.00.006_triangular_link.STL
• 5 x parafuso M4 de 20 mm
• 1 x parafuso M4 de 30 mm
• 6 x porca M4 auto bloqueante
• 16 x anilha M4

Devido ao numero de peças este passo tem várias fases.

Passo 3: Montagem da garra do braço robótico

Peças usadas:

• 1 x EBA_01.00.012_R01_claw_support.STL
• 1 x EBA_01.00.013_R01_right_finger.STL
• 1 x EBA_01.00.014_R01_left_finger.STL
• 1 x EBA_01.00.015_drive_gear.STL
• 1 x EBA_01.00.016_R01_driven_gear.STL
• 1 x servo Tower Pro MG90 com acessórios
• 2 x parafuso M3 de 15 mm
• 2 x porca M3 auto bloqueante

Passo 4: Montagem das hastes na base do braço robótico

Peças usadas:

• 1 x conjunto de hastes montadas  (previamente montada)
• 1 x servo Tower Pro MG90 com acessórios

Passo 4: Montagem da garra nas hastes do braço robótico

Peças usadas:

• 1 x garra (previamente montada)
• 1 x parafuso M4 de 20 mm
• 1 x parafuso M4 de 25 mm
• 2 x porca M4 auto bloqueante
• 4 x anilha M4