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SOBIT EDU

目次

1. 概要
2. セットアップ
   • 環境条件
   • インストール方法
3. 　実行・操作方法
   • Rviz上の可視化
4. 　ソフトウェア
   • ジョイントコントローラ
   • ホイールコントローラ
5. 　ハードウェア
   • パーツのダウンロード方法
   • 電子回路
   • 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

TurtleBot2をベースとしてSOBITSが開発したモバイルマニピュレータ（SOBIT EDU）を動かすためのライブラリである．

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する．

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，SOBIT Manualに参照してください．

インストール方法

1. ROSのsrcフォルダに移動する．

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

2. 本レポジトリをcloneする．

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

3. レポジトリの中へ移動する．

   $ cd sobit_edu/

4. 依存パッケージをインストールする．

   $ bash install.sh

5. パッケージをコンパイルする．

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

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実行・操作方法

1. SOBIT EDUの起動する機能をパラメータとしてminimal.launchに設定する．

    <!-- 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="open_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ファイルを実行する．

   $ roslaunch sobit_edu_bringup minimal.launch

3. [任意] デモプログラムを実行してみよう．

   $ rosrun sobit_edu_library test_control_wheel.py

Note

SOBIT EDU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ぼう．

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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 EDUを可視化し，ロボットの構成を表示することができる．

$ roslaunch sobit_edu_description display.launch

正常に動作した場合は，次のようにRvizが表示される．

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ソフトウェア

SOBIT EDU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 EDU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となる．

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動作関数

1. moveToPose() : 決められたポーズに動かす．

   bool moveToPose(
       const std::string& pose_name,   // ポーズ名
       const double sec = 5.0          // 動作時間 (s)
   );

[!NOTE] 既存のポーズはsobit_edu_pose.yamlに確認でいます．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. moveJoint() : 指定されたジョイントを任意の角度を動かす．

   bool sobit::SobitEduJointController::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．

3. moveAllJoint() : 指定されたジョイントを任意の角度を動かす．

   bool sobit::SobitEduJointController::moveJoint (
       const double arm_shoulder_pan,  // 各ジョイントの回転角度(arm_shoulder_pan) 
       const double arm_shoulder_tilt, // 各ジョイントの回転角度(arm_shoulder_tilt)
       const double arm_elbow_tilt,    // 各ジョイントの回転角度(arm_elbow_tilt)
       const double arm_wrist_tilt,    // 各ジョイントの回転角度(arm_wrist_tilt)
       const double hand,              // 各ジョイントの回転角度(hand)
       const double head_camera_pan,   // 各ジョイントの回転角度(head_camera_pan)
       const double head_camera_tilt,  // 各ジョイントの回転角度(head_camera_tilt)
       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
   );

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

   bool sobit::SobitEduJointController::moveHeadPanTilt(
       const double pan_rad,           // パンの回転角度 (rad)
       const double tilt_rad,          // チルトの回転角度 (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
   );

5. moveArm() : アームの関節を任意の角度に動かす．

   bool sobit::SobitEduJointController::moveArm(
       const double arm_shoulder_pan,  // 各ジョイントの回転角度(arm_shoulder_pan) 
       const double arm_shoulder_tilt, // 各ジョイントの回転角度(arm_shoulder_tilt)
       const double arm_elbow_tilt,    // 各ジョイントの回転角度(arm_elbow_tilt)
       const double arm_wrist_tilt,    // 各ジョイントの回転角度(arm_wrist_tilt)
       const double hand,              // 各ジョイントの回転角度(hand)
       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
   );

6. moveGripperToTargetCoord() : ハンドをxyz座標に動かす（把持モード）．

   bool sobit::SobitEduJointController::moveGripperToTargetCoord(
       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,          // 回転時間 (s)
       bool is_sleep = true             // 回転後に待機するかどうか
   );

7. moveGripperToTargetTF() : ハンドをtf名に動かす（把持モード）．

   bool sobit::SobitEduJointController::moveGripperToTargetTF(
       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,             // 回転時間 (s)
       bool is_sleep = true                // 回転後に待機するかどうか
   );

8. moveGripperToPlaceCoord() : ハンドをxyz座標に動かす（配置モード）．

   bool sobit::SobitEduJointController::moveGripperToPlaceCoord(
       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,          // 回転時間 (s)
       bool is_sleep = true             // 回転後に待機するかどうか
   ); 

9. moveGripperToPlaceTF() : ハンドをtf名に動かす（配置モード）．

   bool sobit::SobitEduJointController::moveGripperToPlaceTF(
       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,             // 回転時間 (s)
       bool is_sleep = true                // 回転後に待機するかどうか
   );

10. graspDecision() : 定めた範囲内の電流値を超えた場合，把持判定を返す．

    bool sobit::SobitEduJointController::graspDecision(
        const int min_curr = 300,       // trueを返す最小の電流値
        const int max_curr = 1000       // trueを返す最大の電流値
     );

11. placeDecision() : 定めた範囲内の電流値を超えた場合，配置判定を返す．

    bool sobit::SobitEduJointController::graspDecision( 
        const int min_curr = 500,       // trueを返す最小の電流値
        const int max_curr = 1000       // trueを返す最大の電流値
    );

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ジョイント名

SOBIT EDUのジョイント名とその定数名を以下の通りとなる．

ジョイント番号	ジョイント名	ジョイント定数名
0	arm_shoulder_pan_joint	ARM_SHOULDER_PAN_JOINT
1	arm_shoulder_1_tilt_joint	ARM_SHOULDER_1_TILT_JOINT
2	arm_shoulder_2_tilt_joint	ARM_SHOULDER_2_TILT_JOINT
3	arm_elbow_1_tilt_joint	ARM_ELBOW_1_TILT_JOINT
4	arm_elbow_2_tilt_joint	ARM_ELBOW_2_TILT_JOINT
5	arm_wrist_tilt_joint	ARM_WRIST_TILT_JOINT
6	hand_joint	HAND_JOINT
7	head_camera_pan_joint	HEAD_CAMERA_PAN_JOINT
8	head_camera_tilt_joint	HEAD_CAMERA_TILT_JOINT

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ポーズの設定方法

sobit_edu_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る．

sobit_edu_pose:
    - { 
        pose_name: "pose_name",
        arm_shoulder_pan_joint: 0.00,
        arm_shoulder_1_tilt_joint: 1.5708,
        arm_elbow_1_tilt_joint: -1.40,
        arm_wrist_tilt_joint: -0.17,
        hand_joint: -1.00,
        head_camera_pan_joint: 0.00,
        head_camera_tilt_joint: 0.00
    }
    ...

ホイールコントローラ

SOBIT EDUの移動機構を動かすための情報まとめとなる．

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動作関数

1. controlWheelLinear() : 並進（直進移動・斜め移動・横移動）を移動さす．

   bool sobit::SobitEduWheelController::controlWheelLinear (
       const double distance,            // 直進移動距離 (m)
   )

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

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

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ハードウェア

SOBIT EDU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にアクセスしてみよう．

[!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がない．ただし，本ドキュメント全体をコピする場合，アカウントの作成を推薦する．

2. Instancesの中にパーツを右クリックで選択する．
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という項目がある．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る．

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電子回路

TBD

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ロボットの特徴

項目	詳細
最大直進速度	0.65[m/s]
最大回転速度	3.1415[rad/s]
最大ペイロード	0.35[kg]
サイズ (長さx幅x高さ)	640x400x1150[mm]
重量	10.5[kg]
リモートコントローラ	PS3/PS4
LiDAR	UST-20LX
RGB-D	Azure Kinect DK
IMU	LSM6DSMUS
スピーカー	モノラルスピーカー
マイク	モノラルガンマイクロホン
アクチュエータ (アーム)	7 x XM430-W320
移動機構	TurtleBot2
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
---	---	1	link
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マイルストーン

• 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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