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crane_x7_control package from crane_x7 repo

crane_x7 crane_x7_control crane_x7_examples crane_x7_gazebo crane_x7_moveit_config

Package Summary

Tags	No category tags.
Version	3.1.0
License	Apache License 2.0
Build type	AMENT_CMAKE
Use	RECOMMENDED

Repository Summary

Checkout URI	https://github.com/rt-net/crane_x7_ros.git
VCS Type	git
VCS Version	add_aruco_detection_foxy
Last Updated	2022-12-28
Dev Status	MAINTAINED
CI status	No Continuous Integration
Released	UNRELEASED
Tags	No category tags.
Contributing	Help Wanted (0) Good First Issues (0) Pull Requests to Review (0)

Package Description

The CRANE-X7 control package

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Shota Aoki

crane_x7_control/README.md

crane_x7_control

このパッケージはros2_control をベースにした、CRANE-X7 のコントローラパッケージです。

ros2_control関連ファイル

crane_x7_control::CraneX7Hardware (crane_x7_hardware)
- 本パッケージがエクスポートするHardware Componentsです
- CRANE-X7実機と通信します
- crane_x7_descriptionから読み込まれます
launch/crane_x7_control.launch.py
- Controller Managerとコントローラを起動するlaunchファイルです
config/crane_x7_controllers.yaml
- Controller Managerのパラメータファイルです

実機のセットアップ

crane_x7_hardwareがCRANE-X7実機と通信するために、 PCとCRANE-X7の設定が必要です。

USB通信ポートの設定

crane_x7_hardwareはUSB通信ポート（/dev/ttyUSB*）を経由してCRANE-X7と通信します。

次のコマンドでアクセス権限を変更します。

# /dev/ttyUSB0を使用する場合
$ sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

永続的なアクセス権限を付与する場合は次のコマンドを実行します。

$ sudo usermod -aG dialout $USER
$ reboot

latency_timerの設定

CRANE-X7を200 Hz周期で制御するためには、 USB通信ポートとサーボモータの設定を変更します。

下記のコマンドを実行してUSB通信ポートのlatency_timerを変更します。

参考資料：https://emanual.robotis.com/docs/en/software/dynamixel/dynamixel_wizard2/#usb-latency-setting

# /dev/ttyUSB0を使用する場合
$ sudo chmod a+rw /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer
$ sudo echo 1 > /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer

Return Delay Timeの設定

CRANE-X7に搭載されているサーボモータDynamixel にはReturn Delay Timeというパラメータがあります。

デフォルトは250がセットされており、サーボモータがInstruction Packetを受信してからStatus Packetを送信するまでに500 usecの遅れがあります。

Dynamixel Wizard 2 を使用してRetrun Delay Timeを小さくすると、制御周期が早くなります。

Setting Return Delay Time

ノードの起動

crane_x7_control.launch.pyを実行すると、Controller Managerノードが起動し、以下のコントローラが読み込まれます。

joint_state_controller (joint_state_controller/JointStateController)
crane_x7_arm_controller (joint_trajectory_controller/JointTrajectoryController)
crane_x7_gripper_controller (position_controllers/GripperActionController)

ノードが起動した後、次のコマンドでジョイント角度情報（joint_states）を表示できます

$ ros2 topic echo /joint_states

Controller Managerのパラメータ

Controller Managerのパラメータは config/crane_x7_controllers.yaml で設定しています。

controller_manager:
  ros__parameters:
    update_rate: 200  # Hz

    crane_x7_arm_controller:
      type: joint_trajectory_controller/JointTrajectoryController
    crane_x7_gripper_controller:
      type: position_controllers/GripperActionController
    joint_state_controller:
      type: joint_state_controller/JointStateController

制御周期

update_rateは制御周期を設定します。

コントローラ

CRANE-X7の腕の制御用にcrane_x7_arm_controllerを、グリッパの制御用にcrane_x7_gripper_controllerを設定しています。

crane_x7_hardwareのパラメータ

crane_x7_hardwareのパラメータは crane_x7_description/urdf/crane_x7.urdf.xacro で設定しています。

  <xacro:arg name="port_name" default="/dev/ttyUSB0" />
  <xacro:arg name="baudrate" default="3000000" />
  <xacro:arg name="timeout_seconds" default="1.0" />
  <xacro:arg name="manipulator_config_file_path" default="" />
  <xacro:arg name="manipulator_links_file_path" default="" />

USB通信ポート

port_nameはCRANE-X7との通信に使用するUSB通信ポートを設定します。

ボーレート

baudrateはCRANE-X7に搭載したDynamixelとの通信ボーレートを設定します。

デフォルト値には3000000 (3 Mbps)を設定しています。

通信タイムアウト

timeout_secondsは通信タイムアウト時間（秒）を設定します。

crane_x7_hardwareは、一定時間（デフォルト1秒間）通信に失敗し続けると、 read/write動作を停止します。 USBケーブルや電源ケーブルが抜けた場合等に有効です。

RTマニピュレータC++ライブラリ用の設定ファイルパス

crane_x7_hardwareは、CRANE-X7と通信するために RTマニピュレータC++ライブラリを使用しています。

manipulatcor_config_file_pathとmanipulator_links_file_pathには、ライブラリが読み込むサーボ設定ファイルとリンク情報ファイルへのパスを設定します。

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Package Dependencies

Deps		Name
	1	ament_cmake
	1	ament_lint_auto
	1	ament_lint_common
	2	controller_manager
	0	crane_x7_description
	1	gripper_controllers
	2	hardware_interface
	1	pluginlib
	1	rclcpp
	1	ros2_controllers
	1	rt_manipulators_cpp

System Dependencies

No direct system dependencies.

Dependant Packages

Name	Repo	Deps
crane_x7	github-rt-net-crane_x7_ros
crane_x7_examples	github-rt-net-crane_x7_ros

Launch files

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Messages

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crane_x7 crane_x7_bringup crane_x7_control crane_x7_examples crane_x7_gazebo crane_x7_moveit_config crane_x7_msgs

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Geoffrey Biggs

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crane_x7_control

CRANE-X7のためのパッケージ、 crane_x7_ros のcontrolパッケージです。

通信ポートの設定

crane_x7_controlはU2D2(USB-RS485変換ケーブル)を使用してCRANE-X7のモータ制御を行います。
U2D2はLinuxに接続すると/dev/ttyUSB0として認識されるので、次のコマンドでアクセス権限を変更します。

sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

ケーブルの接続ポート名はデフォルトで/dev/ttyUSB0です。別のポート名(例: /dev/ttyUSB1)を使う場合は次のコマンドを実行します。

roslaunch crane_x7_control crane_x7_control.launch port:=/dev/ttyUSB1

制御周期の変更

crane_x7_controlはデフォルト200Hz周期で制御しています。制御周期を変更する場合はcrane_x7_control/src/hardware.cppを編集してください。

#define     CONTROL_HZ   (200)

実際に動作している制御周期は次のようにトピックから確認できます。

$ rostopic hz /crane_x7/crane_x7_control/crane_x7_gripper_finger_a_joint/current

subscribed to [/crane_x7/crane_x7_control/crane_x7_gripper_finger_a_joint/current]
average rate: 199.928
    min: 0.002s max: 0.008s std dev: 0.00055s window: 190
average rate: 198.470
    min: 0.001s max: 0.014s std dev: 0.00099s window: 387

実際の制御周期が200Hzに達せず、100Hz程度に低くなってしまう場合、USB通信ポートのlatency_timerを変更してください。

# cat /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer
16
# echo 1 > /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer
# cat /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer
1

参考資料：https://emanual.robotis.com/docs/en/software/dynamixel/dynamixel_wizard2/#usb-latency-setting

ネームスペースとトピック

crane_x7_controlは/crane_x7をルートとするネームスペースにパラメータやトピックを定義します。
各jointについて次のトピックを配信します。

current：電流値[mA]
dxl_position：現在角度[360/4096度]
temp：温度[度]

dynamic_reconfigure

crane_x7_controlはdynamic_reconfigureに対応しています。次のコマンドでrqt_reconfigureを起動してアクセスすると各Jointのサーボパラメータを変更することができます。

rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure

rqt_reconfigure

各パラメータの詳細についてはROBOTIS公式のXM430およびXM540のサーボマニュアルを参照して下さい。
- XM430-W350 - XM540-W270

制御モード設定

CRANE-X7は位置制御モードと電流制御モードに対応しています。基本設定は位置制御モードになっていますが、複数箇所の設定変更を行うことで電流制御モードへ切り替えることが可能です。
ハンドの設定を位置制御モードから電流制御モードへ変更する手順を紹介します。

サーボの設定変更

- サーボモータの`Operating Mode`（Address：11）を`3：位置制御モード`から`0：電流制御モード`へ設定変更する
    - [Dynamixel Wizard 2.0](https://emanual.robotis.com/docs/en/software/dynamixel/dynamixel_wizard2/)を使用するとモードを変更できます。

crane_x7_controlの設定変更

- `crane_x7_control/config/crane_x7_control.yaml`のハンド部分について次のように変更する

gripper_controller:
-  type: "position_controllers/GripperActionController"
+  type: "effort_controllers/GripperActionController"
  publish_rate: 250
  joint: crane_x7_gripper_finger_a_joint
+  gains:
+    crane_x7_gripper_finger_a_joint: { p: 1.0, i: 0.01, d: 0.1 }
  action_monitor_rate: 10
  state_publish_rate:  100
  stall_velocity_threshold: 0.01
  goal_tolerance: 0.2
  stall_timeout: 0.3

dynamixel_port:
  port_name: "/dev/ttyUSB0"
  baud_rate: 3000000
  joints:
    - crane_x7_shoulder_fixed_part_pan_joint
    - crane_x7_shoulder_revolute_part_tilt_joint
    - crane_x7_upper_arm_revolute_part_twist_joint
    - crane_x7_upper_arm_revolute_part_rotate_joint
    - crane_x7_lower_arm_fixed_part_joint
    - crane_x7_lower_arm_revolute_part_joint
    - crane_x7_wrist_joint
    - crane_x7_gripper_finger_a_joint
  crane_x7_shoulder_fixed_part_pan_joint: {id: 2, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_shoulder_revolute_part_tilt_joint: {id: 3, center: 2048, home: 2048, effort_const: 2.79, mode: 3 }
  crane_x7_upper_arm_revolute_part_twist_joint: {id: 4, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_upper_arm_revolute_part_rotate_joint: {id: 5, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_lower_arm_fixed_part_joint: {id: 6, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_lower_arm_revolute_part_joint: {id: 7, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_wrist_joint: {id: 8, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
-  crane_x7_gripper_finger_a_joint: {id: 9, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
+  crane_x7_gripper_finger_a_joint: {id: 9, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 0 }

PIDの設定値はCRANE-X7を制御するROS環境によって特性が異なる可能性があります。

【電流モードに関する注意】
電流制御モードは、位置制御モードと異なり、サーボに設定された角度リミットが無効になります。
ユーザー自身で作成されたプログラムに適切な制限動作が備わっていない場合、本体の損傷や、本体が周囲や作業者に接触、あるいは衝突し、失明や打撲による死亡といった思わぬ重大事故が発生する危険があります。
ユーザーの責任において十分に安全に注意した上でご使用下さい。
当該製品および当ソフトウェアの使用中に生じたいかなる損害も株式会社アールティでは一切の責任を負いかねます。

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	2	roscpp
	1	crane_x7_msgs
	2	joint_limits_interface
	1	catkin
	1	gripper_action_controller
	2	joint_state_controller
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launch/crane_x7_control.launch
- - port [default: /dev/ttyUSB0]
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- - use_effort_gripper [default: false]

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通信ポートの設定

crane_x7_controlはU2D2(USB-RS485変換ケーブル)を使用してCRANE-X7のモータ制御を行います。
U2D2はLinuxに接続すると/dev/ttyUSB0として認識されるので、次のコマンドでアクセス権限を変更します。

sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

ケーブルの接続ポート名はデフォルトで/dev/ttyUSB0です。別のポート名(例: /dev/ttyUSB1)を使う場合は次のコマンドを実行します。

roslaunch crane_x7_control crane_x7_control.launch port:=/dev/ttyUSB1

制御周期の変更

crane_x7_controlはデフォルト200Hz周期で制御しています。制御周期を変更する場合はcrane_x7_control/src/hardware.cppを編集してください。

#define     CONTROL_HZ   (200)

実際に動作している制御周期は次のようにトピックから確認できます。

$ rostopic hz /crane_x7/crane_x7_control/crane_x7_gripper_finger_a_joint/current

subscribed to [/crane_x7/crane_x7_control/crane_x7_gripper_finger_a_joint/current]
average rate: 199.928
    min: 0.002s max: 0.008s std dev: 0.00055s window: 190
average rate: 198.470
    min: 0.001s max: 0.014s std dev: 0.00099s window: 387

実際の制御周期が200Hzに達せず、100Hz程度に低くなってしまう場合、USB通信ポートのlatency_timerを変更してください。

# cat /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer
16
# echo 1 > /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer
# cat /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer
1

参考資料：https://emanual.robotis.com/docs/en/software/dynamixel/dynamixel_wizard2/#usb-latency-setting

ネームスペースとトピック

crane_x7_controlは/crane_x7をルートとするネームスペースにパラメータやトピックを定義します。
各jointについて次のトピックを配信します。

current：電流値[mA]
dxl_position：現在角度[360/4096度]
temp：温度[度]

dynamic_reconfigure

crane_x7_controlはdynamic_reconfigureに対応しています。次のコマンドでrqt_reconfigureを起動してアクセスすると各Jointのサーボパラメータを変更することができます。

rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure

rqt_reconfigure

各パラメータの詳細についてはROBOTIS公式のXM430およびXM540のサーボマニュアルを参照して下さい。
- XM430-W350 - XM540-W270

制御モード設定

CRANE-X7は位置制御モードと電流制御モードに対応しています。基本設定は位置制御モードになっていますが、複数箇所の設定変更を行うことで電流制御モードへ切り替えることが可能です。
ハンドの設定を位置制御モードから電流制御モードへ変更する手順を紹介します。

サーボの設定変更

- サーボモータの`Operating Mode`（Address：11）を`3：位置制御モード`から`0：電流制御モード`へ設定変更する
    - [Dynamixel Wizard 2.0](https://emanual.robotis.com/docs/en/software/dynamixel/dynamixel_wizard2/)を使用するとモードを変更できます。

crane_x7_controlの設定変更

- `crane_x7_control/config/crane_x7_control.yaml`のハンド部分について次のように変更する

gripper_controller:
-  type: "position_controllers/GripperActionController"
+  type: "effort_controllers/GripperActionController"
  publish_rate: 250
  joint: crane_x7_gripper_finger_a_joint
+  gains:
+    crane_x7_gripper_finger_a_joint: { p: 1.0, i: 0.01, d: 0.1 }
  action_monitor_rate: 10
  state_publish_rate:  100
  stall_velocity_threshold: 0.01
  goal_tolerance: 0.2
  stall_timeout: 0.3

dynamixel_port:
  port_name: "/dev/ttyUSB0"
  baud_rate: 3000000
  joints:
    - crane_x7_shoulder_fixed_part_pan_joint
    - crane_x7_shoulder_revolute_part_tilt_joint
    - crane_x7_upper_arm_revolute_part_twist_joint
    - crane_x7_upper_arm_revolute_part_rotate_joint
    - crane_x7_lower_arm_fixed_part_joint
    - crane_x7_lower_arm_revolute_part_joint
    - crane_x7_wrist_joint
    - crane_x7_gripper_finger_a_joint
  crane_x7_shoulder_fixed_part_pan_joint: {id: 2, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_shoulder_revolute_part_tilt_joint: {id: 3, center: 2048, home: 2048, effort_const: 2.79, mode: 3 }
  crane_x7_upper_arm_revolute_part_twist_joint: {id: 4, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_upper_arm_revolute_part_rotate_joint: {id: 5, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_lower_arm_fixed_part_joint: {id: 6, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_lower_arm_revolute_part_joint: {id: 7, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_wrist_joint: {id: 8, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
-  crane_x7_gripper_finger_a_joint: {id: 9, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
+  crane_x7_gripper_finger_a_joint: {id: 9, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 0 }

PIDの設定値はCRANE-X7を制御するROS環境によって特性が異なる可能性があります。

【電流モードに関する注意】
電流制御モードは、位置制御モードと異なり、サーボに設定された角度リミットが無効になります。
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sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0

ケーブルの接続ポート名はデフォルトで/dev/ttyUSB0です。別のポート名(例: /dev/ttyUSB1)を使う場合は次のコマンドを実行します。

roslaunch crane_x7_control crane_x7_control.launch port:=/dev/ttyUSB1

制御周期の変更

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#define     CONTROL_HZ   (200)

実際に動作している制御周期は次のようにトピックから確認できます。

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subscribed to [/crane_x7/crane_x7_control/crane_x7_gripper_finger_a_joint/current]
average rate: 199.928
    min: 0.002s max: 0.008s std dev: 0.00055s window: 190
average rate: 198.470
    min: 0.001s max: 0.014s std dev: 0.00099s window: 387

実際の制御周期が200Hzに達せず、100Hz程度に低くなってしまう場合、USB通信ポートのlatency_timerを変更してください。

# cat /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer
16
# echo 1 > /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer
# cat /sys/bus/usb-serial/devices/ttyUSB0/latency_timer
1

参考資料：https://emanual.robotis.com/docs/en/software/dynamixel/dynamixel_wizard2/#usb-latency-setting

ネームスペースとトピック

crane_x7_controlは/crane_x7をルートとするネームスペースにパラメータやトピックを定義します。
各jointについて次のトピックを配信します。

current：電流値[mA]
dxl_position：現在角度[360/4096度]
temp：温度[度]

dynamic_reconfigure

crane_x7_controlはdynamic_reconfigureに対応しています。次のコマンドでrqt_reconfigureを起動してアクセスすると各Jointのサーボパラメータを変更することができます。

rosrun rqt_reconfigure rqt_reconfigure

rqt_reconfigure

各パラメータの詳細についてはROBOTIS公式のXM430およびXM540のサーボマニュアルを参照して下さい。
- XM430-W350 - XM540-W270

制御モード設定

CRANE-X7は位置制御モードと電流制御モードに対応しています。基本設定は位置制御モードになっていますが、複数箇所の設定変更を行うことで電流制御モードへ切り替えることが可能です。
ハンドの設定を位置制御モードから電流制御モードへ変更する手順を紹介します。

サーボの設定変更

- サーボモータの`Operating Mode`（Address：11）を`3：位置制御モード`から`0：電流制御モード`へ設定変更する
    - [Dynamixel Wizard 2.0](https://emanual.robotis.com/docs/en/software/dynamixel/dynamixel_wizard2/)を使用するとモードを変更できます。

crane_x7_controlの設定変更

- `crane_x7_control/config/crane_x7_control.yaml`のハンド部分について次のように変更する

gripper_controller:
-  type: "position_controllers/GripperActionController"
+  type: "effort_controllers/GripperActionController"
  publish_rate: 250
  joint: crane_x7_gripper_finger_a_joint
+  gains:
+    crane_x7_gripper_finger_a_joint: { p: 1.0, i: 0.01, d: 0.1 }
  action_monitor_rate: 10
  state_publish_rate:  100
  stall_velocity_threshold: 0.01
  goal_tolerance: 0.2
  stall_timeout: 0.3

dynamixel_port:
  port_name: "/dev/ttyUSB0"
  baud_rate: 3000000
  joints:
    - crane_x7_shoulder_fixed_part_pan_joint
    - crane_x7_shoulder_revolute_part_tilt_joint
    - crane_x7_upper_arm_revolute_part_twist_joint
    - crane_x7_upper_arm_revolute_part_rotate_joint
    - crane_x7_lower_arm_fixed_part_joint
    - crane_x7_lower_arm_revolute_part_joint
    - crane_x7_wrist_joint
    - crane_x7_gripper_finger_a_joint
  crane_x7_shoulder_fixed_part_pan_joint: {id: 2, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_shoulder_revolute_part_tilt_joint: {id: 3, center: 2048, home: 2048, effort_const: 2.79, mode: 3 }
  crane_x7_upper_arm_revolute_part_twist_joint: {id: 4, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_upper_arm_revolute_part_rotate_joint: {id: 5, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_lower_arm_fixed_part_joint: {id: 6, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_lower_arm_revolute_part_joint: {id: 7, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
  crane_x7_wrist_joint: {id: 8, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
-  crane_x7_gripper_finger_a_joint: {id: 9, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 3 }
+  crane_x7_gripper_finger_a_joint: {id: 9, center: 2048, home: 2048, effort_const: 1.79, mode: 0 }

PIDの設定値はCRANE-X7を制御するROS環境によって特性が異なる可能性があります。

【電流モードに関する注意】
電流制御モードは、位置制御モードと異なり、サーボに設定された角度リミットが無効になります。
ユーザー自身で作成されたプログラムに適切な制限動作が備わっていない場合、本体の損傷や、本体が周囲や作業者に接触、あるいは衝突し、失明や打撲による死亡といった思わぬ重大事故が発生する危険があります。
ユーザーの責任において十分に安全に注意した上でご使用下さい。
当該製品および当ソフトウェアの使用中に生じたいかなる損害も株式会社アールティでは一切の責任を負いかねます。

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	2	controller_manager
	2	hardware_interface
	2	transmission_interface
	1	dynamixel_sdk
	2	roscpp
	1	crane_x7_msgs
	2	joint_limits_interface
	1	catkin
	1	gripper_action_controller
	2	joint_state_controller
	2	joint_trajectory_controller

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crane_x7	github-rt-net-crane_x7_ros
crane_x7_gazebo	github-rt-net-crane_x7_ros

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- - port [default: /dev/ttyUSB0]
launch/crane_x7_fake_control.launch
- - use_effort_gripper [default: false]

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