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SOBIT PRO Simulations

目次

1. 概要
2. 環境構築
   • 環境条件
   • インストール方法
3. 　実行・操作方法
   • 移動機構のみを使用する場合
   • Rviz上の可視化
4. 　ソフトウェア
   • ジョイントコントローラ
   • ホイルコントローラ
5. 　ハードウェア
   • パーツのダウンロード方法
   • 電子回路図
   • ロボットの組み立て
   • ロボットの特徴
   • 部品リスト（BOM）
6. マイルストーン
7. 参考文献

概要

SOBITSが開発した4輪独立ステアリング駆動式のモバイルマニピュレータ（SOBIT PRO）を動かすためのライブラリです．

Warning

初心者の場合，実機のロボットを扱う際に，先輩方に付き添ってもらいながらロボットを動かしましょう．

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セットアップ

ここで，本レポジトリのセットアップ方法について説明します．

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環境条件

まず，以下の環境を整えてから，次のインストール段階に進んでください．

System	Version
Ubuntu	20.04 (Focal Fossa)
ROS	Noetic Ninjemys
Python	3.8

Note

UbuntuやROSのインストール方法に関しては，SOBITS Manualに参照してください．

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インストール方法

1. ROSのsrcフォルダに移動します．

   $ roscd
   # もしくは，"cd ~/catkin_ws/"へ移動．
   $ cd src/

2. 本レポジトリをcloneします．

   $ git clone https://github.com/TeamSOBITS/sobit_pro_sim

3. レポジトリの中へ移動します．

   $ cd sobit_pro_sim/

4. 依存パッケージをインストールします．

   $ bash install.sh

5. パッケージをコンパイルします．

   $ roscd
   # もしくは，"cd ~/catkin_ws/"へ移動．
   $ catkin_make

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実行・操作方法

1. SOBIT PROの起動する機能をパラメタとしてminimal.launchに設定します．

    <!-- Activate Mobile-Base (True), Arm (True), Head (True) -->
    <arg name="enable_mb"           default="True"/>
    <arg name="enable_arm"          default="True"/>
    <arg name="enable_head"         default="True"/>
    ...
    <arg name="enable_rviz"         default="True"/>
    ...

Note

使用したい機能に応じて，TrueかFalseかに書き換えてください．

2. minimal.launchというlaunchファイルを実行します．

   $ roslaunch sobit_pro_sim_bringup minimal.launch

3. [任意] デモプログラムを実行してみましょう．

   $ roslaunch sobit_pro_sim_library test_control_wheel.launch

Note

SOBIT PROの動作方法に慣れるため，exampleフォルダを確認し，それぞれのサンプルファイルから動作関数を学びましょう．

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移動機構のみを使用する場合

SOBIT PROの移動機構単体で動かすことができます．

1. minimal.launchの設定を次にように書き換えます．

   <!-- Activate Mobile-Base (True), Arm (True), Head (True) -->
   <arg name="enable_mb"           default="True"/>
   <arg name="enable_arm"          default="False"/>
   <arg name="enable_head"         default="False"/>
   
   <!-- URG: lan-cable (True), usb-cable (False) -->
   <arg name="urg_lan"             default="False"/>
   ...

2. minimal.launchというlaunchファイルを実行します．

   $ roslaunch sobit_pro_sim_bringup minimal.launch

3. [任意] デモプログラムを実行してみましょう．

   $ roslaunch sobit_pro_sim_library test_control_wheel.launch

Note

URG(LiDAR)はLAN式通信の場合はTrueに，USB式通信の場合はFalseに設定してください．

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Rviz上の可視化

実機を動かす前段階として，Rviz上でSOBIT PROを可視化し，ロボットの構成を表示することができます．

$ roslaunch sobit_pro_description display.launch

正常に動作した場合は，次のようにRvizが表示されます．

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ソフトウェア

SOBIT PROと関わるソフトの情報まとめ

ジョイントコントローラ

SOBIT PROのパンチルト機構とマニピュレータを動かすための情報まとめです．

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動作関数

1. moveToPose() : 決められたポーズに動かします．

   bool moveToPose(
       const std::string& pose_name,               // ポーズ名
       const double sec = 5.0                      // 動作時間 [s]
       bool is_sleep = true                        // 回転後に待機するかどうか
   );

[!NOTE] 既存のポーズはsobit_pro_pose.yamlに確認できます．ポーズの作成方法についてはポーズの設定方法をご参照ください．

2. moveAllJoint() : すべてのジョイントを任意の角度に動かします．

   bool sobit::SobitProSimJointController::moveAllJoint (
       const double arm_shoulder_tilt_joint,       // 回転角度 [rad]
       const double arm_elbow_upper_tilt_joint,    // 回転角度 [rad]
       const double arm_elbow_lower_tilt_joint,    // 回転角度 [rad]
       const double arm_elbow_lower_pan_joint,     // 回転角度 [rad]
       const double arm_wrist_tilt_joint,          // 回転角度 [rad]
       const double hand_joint,                    // 回転角度 [rad]
       const double head_pan_joint,                // 回転角度 [rad]
       const double head_tilt_joint,               // 回転角度 [rad]
       const double sec = 5.0,                     // 回転時間 [s]
       bool is_sleep = true                        // 回転後に待機するかどうか
   );

3. moveJoint() : 指定されたジョイントを任意の角度に動かします．

   bool sobit::SobitProSimJointController::moveJoint (
       const Joint joint_num,                      // ジョイント名 (定数名)
       const double rad,                           // 回転角度 [rad]
       const double sec = 5.0,                     // 回転時間 [s]
       bool is_sleep = true                        // 回転後に待機するかどうか
   );

[!NOTE] ジョイント名はジョイント名をご確認ください．

4. moveArm() : アームの関節を任意の角度に動かします．

   bool sobit::SobitProSimJointController::moveArm(
       const double arm_shoulder_tilt_joint,       // 回転角度 [rad]
       const double arm_elbow_upper_tilt_joint,    // 回転角度 [rad]
       const double arm_elbow_lower_tilt_joint,    // 回転角度 [rad]
       const double arm_elbow_lower_pan_joint,     // 回転角度 [rad]
       const double arm_wrist_tilt_joint,          // 回転角度 [rad]
       const double sec = 5.0,                     // 回転時間 [s]
       bool is_sleep = true                        // 回転後に待機するかどうか
   );

5. moveHeadPanTilt() : パンチルト機構を任意の角度に動かす．

   bool sobit::SobitProSimJointController::moveHeadPanTilt(
       const double head_camera_pan,               // 回転角度 [rad]
       const double head_camera_tilt,              // 回転角度 [rad]
       const double sec = 5.0,                     // 移動時間 [s]
       bool is_sleep = true                        // 回転後に待機するかどうか
   );

6. moveHandToTargetCoord() : ハンドをxyz座標に動かします（把持モード）．

   bool sobit::SobitProSimJointController::moveHandToTargetCoord(
       const double target_pos_x,                  // 把持目的地のx [m]
       const double target_pos_y,                  // 把持目的地のy [m]
       const double target_pos_z,                  // 把持目的地のz [m]
       const double shift_x,                       // xyz座標のx軸をシフトする [m]
       const double shift_y,                       // xyz座標のy軸をシフトする [m]
       const double shift_z                        // xyz座標のz軸をシフトする [m]
       const double sec = 5.0,                     // 移動時間 [s]
       bool is_sleep = true                        // 回転後に待機するかどうか
   );

7. moveHandToTargetTF() : ハンドをtf名に動かします（把持モード）．

   bool sobit::SobitProSimJointController::moveHandToTargetTF(
       const std::string& target_name,             // 把持目的tf名
       const double shift_x,                       // xyz座標のx軸をシフトする [m]
       const double shift_y,                       // xyz座標のy軸をシフトする [m]
       const double shift_z                        // xyz座標のz軸をシフトする [m]
       const double sec = 5.0,                     // 移動時間 [s]
       bool is_sleep = true                        // 回転後に待機するかどうか
   );

8. moveHandToPlaceCoord() : ハンドをxyz座標に動かします（配置モード）．

   bool sobit::SobitProSimJointController::moveHandToPlaceCoord(
       const double target_pos_x,                  // 配置目的地のx [m]
       const double target_pos_y,                  // 配置目的地のy [m]
       const double target_pos_z,                  // 配置目的地のz [m]
       const double shift_x,                       // xyz座標のx軸をシフトする [m]
       const double shift_y,                       // xyz座標のy軸をシフトする [m]
       const double shift_z                        // xyz座標のz軸をシフトする [m]
       const double sec = 5.0,                     // 移動時間 [s]
       bool is_sleep = true                        // 回転後に待機するかどうか
   ); 

9. moveHandToPlaceTF() : ハンドをtf名に動かします（配置モード）．

   bool sobit::SobitProSimJointController::moveHandToPlaceTF(
       const std::string& target_name,             // 配置目的tf名
       const double shift_x,                       // xyz座標のx軸をシフトする [m]
       const double shift_y,                       // xyz座標のy軸をシフトする [m]
       const double shift_z                        // xyz座標のz軸をシフトする [m]
       const double sec = 5.0,                     // 移動時間 [s]
       bool is_sleep = true                        // 回転後に待機するかどうか
   );

10. graspDecision() : ハンドに流れる電流値に応じて，把持判定が決まります． cpp bool sobit::SobitProSimJointController::graspDecision( const int min_curr = 300, // 最小電流値 const int max_curr = 1000 // 最大電流値 );

11. placeDecision() : ハンドに流れる電流値に応じて，配置判定が決まります． cpp bool sobit::SobitProSimJointController::placeDecision( const int min_curr = 500, // 最小電流値 const int max_curr = 1000 // 最大電流値 );

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ジョイント名

SOBIT PROのジョイント名とその定数名を以下の通りです．

ジョイント番号	ジョイント名	ジョイント定数名
0	arm_shoulder_1_tilt_joint	ARM_SHOULDER_1_TILT_JOINT
1	arm_shoulder_2_tilt_joint	ARM_SHOULDER_2_TILT_JOINT
2	arm_elbow_upper_1_tilt_joint	ARM_ELBOW_UPPER_1_TILT_JOINT
3	arm_elbow_upper_2_tilt_joint	ARM_ELBOW_UPPER_2_TILT_JOINT
4	arm_elbow_lower_tilt_joint	ARM_ELBOW_LOWER_TILT_JOINT
5	arm_elbow_lower_pan_joint	ARM_ELBOW_LOWER_PAN_JOINT
6	arm_wrist_tilt_joint	ARM_WRIST_TILT_JOINT
7	hand_joint	HAND_JOINT
8	head_pan_joint	HEAD_PAN_JOINT
9	head_tilt_joint	HEAD_TILT_JOINT

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ポーズの設定方法

sobit_pro_pose.yamlというファイルでポーズの追加・編集ができます．以下のようなフォーマットになります．

sobit_pro_pose:
        - { 
        pose_name: "pose_name",
        arm_shoulder_1_tilt_joint: 1.57,
        arm_elbow_upper_1_tilt_joint: 1.57,
        arm_elbow_lower_tilt_joint: 0.0,
        arm_elbow_lower_pan_joint: -1.57,
        arm_wrist_tilt_joint: -1.57,
        hand_joint: 0.0,
        head_pan_joint: 0.0,
        head_tilt_joint: 0.0
        }
    ...

ホイールコントローラ

SOBIT PROの移動機構を動かすための情報まとめです．

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動作関数

1. controlWheelLinear() : 並進（直進移動・斜め移動・横移動）に移動させます．

   bool sobit::SobitProSimWheelController::controlWheelLinear (
       const double distance_x,                    // x方向への直進移動距離 [m]
       const double distance_y,                    // y方向への直進移動距離 [m]
   )

2. controlWheelRotateRad() : 回転運動を行う(弧度法：Radian)

   bool sobit::SobitProSimWheelController::controlWheelRotateRad (
       const double angle_rad,                     // 中心回転角度 [rad]
   )

3. controlWheelRotateDeg() : 回転運動を行う(度数法：Degree)

   bool sobit::SobitProSimWheelController::controlWheelRotateDeg ( 
       const double angle_deg,                     // 中心回転角度 (deg)
   )

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ハードウェア

SOBIT PROはオープンソースハードウェアとしてOnShapeにて公開しております．

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ハードウェアの詳細についてはこちらを確認してください．

パーツのダウンロード方法

1. Onshapeにアクセスしましょう．

[!NOTE] ファイルをダウンロードするために，OnShapeのアカウントを作成する必要はありません．ただし，本ドキュメント全体をコピーする場合，アカウントの作成を推薦します．

2. Instancesの中にパーツを右クリックで選択します．
3. 一覧が表示され，Exportボタンを押してください．
4. 表示されたウィンドウの中に，Formatという項目があります．STEPを選択してください．
5. 最後に，青色のExportボタンを押してダウンロードが開始されます．

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電子回路図

TBD

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ロボットの組み立て

TBD

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ロボットの特徴

項目	詳細
最大直進速度	0.7[m/s]
最大回転速度	0.229[rad/s]
最大ペイロード	0.35[kg]
サイズ (長さx幅x高さ)	450x450x1250[mm]
重量	16[kg]
リモートコントローラ	PS3/PS4
LiDAR	UST-20LX
RGB-D	Azure Kinect DK (頭部)，RealSense D405 (アーム)
IMU	LSM6DSMUS
スピーカー	モノラルスピーカー
マイク	コンデンサーマイク
アクチュエータ (アーム)	2 x XM540-W150, 6 x XM430-W320
アクチュエータ (移動機構)	4 x XM430-W320, 4 x XM430-W210
電源	2 x Makita 6.0Ah 18V
PC接続	USB

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部品リスト（BOM）

部品	型番	個数	購入先
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マイルストーン

• パラメタによるSOBIT PROと移動機構のみの切り替え
• exampleファイルの修正
• OSS
  • ドキュメンテーションの充実
  • コーディングスタイルの統一

現時点のバッグや新規機能の依頼を確認するためにIssueページ をご覧ください．

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参考文献

• Dynamixel SDK
• ROS Noetic
• ROS Control

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