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HiroakiMatsuda/ArmISIK

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ArmISIK

ArmISIKは３軸マニピュレータの逆運動学を得コンポーネントです
軸配置は決められていますが、軸間距離などは自由に設定できます
自作のロボットアームの制御などに使用できます

本RTCを用いたデモンストレーションをYoutubeでご覧になれます
[アームロボットによるカラーボールのお片づけ][video]
[video]: http://www.youtube.com/watch?v=Mtw2xgm07t8

動作確認環境

Python:
2.6.6

OS:
Windows 7 64bit / 32bit
Ubuntu 10.04 LTS / 12.04 LTS 32bit

対応RTC:
RsServoManager
ArmISColorBall

ファイル構成

ArmISIK │―ArmISIK.py
│―calcik.py
│―ini
│　　│―ikconfig.ini
│
│―rtc.conf

  • ArmISIK.py
    RTC本体です
  • calcik.py
    逆運動学の計算を行なっています
  • ikconfig.ini
    ロボットアームのボディパラメータなどを設定します
  • rtc.conf
    ポートの設定や動作周期を設定できます

注:本RTCにおいてユーザーが操作すると想定しているファイルのみ説明しています

RTCの設定はiniファイルを通して行えるので、簡単に設定を変えられます
iniファイルはActivate時に読み込むので、設定を変更した場合はDeactiveにしたあとActivateしてください

RTCの構成

[ArmISColorBall][color], [RsServoManager][servo]などの対応するRTCを接続することでアームロボットを制御できます

  • motion port :OutPort
    データ型; TimedLongSeq
    [Flag, Id, Position, Time]
    ・ Flag : モーションの同期用フラグ
    0:同期なし
    移動指令は全て同期なしで指令
    ・ Id : サーボID
    指令を送るサーボモータのIDを指定します
    ・ Position : 移動位置
    サーボモータへ角度 [0.1 deg]を指定します
    ・ Time : 移動時間
    指定位置までの移動時間 0~16383 [msec]の間で指定します

  • on_off port :OutPort
    データ型; TimedLongSeq
    [Flag, Id, Torque mode]
    ・ Flag : モーションの同期用フラグ
    0:同期なし
    1:同期あり
    Flagを1にすると設定したサーボモータ全てに同時に指令を送ります
    個別のトルク保持指令ボタンを押した場合は同期なしモード
    全体のトルク保持指令ボタンを押した場合は同期モード
    ・ Id : サーボID
    指令を送るサーボモータのIDを指定します
    ・ Toruque mode : トルクモード指定
    0:トルクをオフにします（ボタンが赤色のとき）
    1:トルクをオンにします（ボタンが緑色のとき）

  • command port :InPort
    データ型; TimedLongSeq
    データ長は最大5で、コマンドの種別によってはcommand以降のデータは無視されます
    常にデータ長5で通信する場合は、コマンド以降はどのように設定しても構いません
    ・ Command = 0 : [0]
    イニシャルポジションに移動します

・ 'Command = 1 : [1, Pos_x, Pos_y, Pos_z, Gripper]
指定されたXYZ座標に移動します

・ 'Pos_x : ロボット座標系のX座標を指定します
・ 'Pos_y : ロボット座標系のY座標を指定します
・ 'Pos_z : ロボット座標系のZ座標を指定します
・ 'Gripper : ロボットのグリッパ開閉量を指定します
このときに指定座標がロボットアームの範囲外であるときは、ロボットアームの関節値に0を発行します
また設定した角度リミットに達した場合は、各関節の指令値はリミット値に設定されます

・ Command = 2 : [2]
グリッパを閉じ、イニシャルポジションまで移動します
把持対象物の付近までCommand = 1で接近し、Command = 2で初期値まで持ち帰るとを想定しています

・ Command = 1000 : [1000]
全てのサーボモータへTorque ON司令を発行します

・ Command = 1001 : [1001]
全てのサーボモータへTorque OFF司令を発行します
その他のコマンドについては今後のバージョンで追加していきます

  • sensor port :InPort（現在のバージョンでは利用できません）
    データ型; TimedLongSeq
    [Id, Angle, Time, Speed, Load, Temperature, Voltage]
    ・ 'Angle : 現在位置 [0.1 deg]
    ・ 'Time : 現在時間 [0.1 sec]
    現在時間はサーボが指令を受信し、移動を開始してからの経過時間です
    ・ 'Speed : 現在スピード [deg / sec]
    現在の回転スピードを取得できますが、この値は目安です。
    ・ 'Load : 現在負荷 [mA]
    サーボに供給されている電流を返しますが、この値は目安です。
    ・ Tempreture : 現在温度 [degree celsius]
    この値はセンサの個体差により±3 [degree celsius] 程度の誤差があります
    ・ 'Voltage : 現在電圧 [10 mV]
    この値はセンサの個体差により±0.3 [V]程度の誤差があります

使い方

###1. 使用するロボットアームを設定する### ikconfig.iniをテキストエディタなどで開き編集します
なお各リンクの番号は下図のようにアームに対応します

BODY
・ ``link_1 = X```
第1リンクの長さ [mm]を指定します

・ ``link_2 = X```
第2リンクの長さ [mm]を指定します

・ ``link_3 = X```
第3リンクの長さ [mm]を指定します

・ ``link_4 = X```
第4リンクの長さ [mm]を指定します

・ ``link_5 = X```
第5リンクの長さ [mm]を指定します

CALIBRATION
・ calb_1 = X
第1関節のアクチュエータに指令値0を送ったときに、アームが正面を向くようオフセット値を設定します　 単位は[0.1 deg]です

・ calb_2 = X
第2関節のアクチュエータに指令値0を送ったときに、アームが直立するようオフセット値を設定します　 単位は[0.1 deg]です

・ calb_3 = X
第3関節のアクチュエータに指令値0を送ったときに、アームが直立するようオフセット値を設定します　 単位は[0.1 deg]です

・ calb_4 = X
グリッパーに指令値0を送ったときに、アームが閉じるようオフセット値を設定します　 単位は[0.1 deg]です

LIMIT
・ servo1_min = X
第1関節のアクチュエータが稼働できる最小値を設定します
このリミッターを設けることで、ロボットアームの自己干渉をある程度回避できます
関節指令値がこの値を下回る場合は、設定した最小値に指令値が変更されます
単位は[0.1 deg]です

・ servo1_max = X
第1関節のアクチュエータが稼働できる最大値を設定します
このリミッターを設けることで、ロボットアームの自己干渉をある程度回避できます
関節指令値がこの値を上回る場合は、設定した最大値に指令値が変更されます
単位は[0.1 deg]です

以下同様に設定してください
・ servo2_min = X
・ servo2_max = X
・ servo3_min = X
・ servo3_max = X
・ servo4_min = X
・ servo4_max = X

SERVO
・ move_time = X
サーボモータの移動時間を指定します
単位は[10ms]です

###2. サンプルシステム：カラーボールのお片づけ### この項目ではArmISIK, ArmISColorBall, RsServoManagerを使用してカラーボールを片けるサンプルシステムを用いて本RTCの説明を行います

なお、本システムで使用するロボットアーム'ArmIS type0'は双葉電子工業（株）のコマンド方式サーボモータである、RS405CBを４つ使用して制作された、全長280 [mm]の卓上小型ロボットアームです
外観を以下に示します

本システムの概要は以下のようになり、天井カメラ(USBカメラ)、ロボットアーム、トレー、カラーボールが必要です

  1. 環境を整える
    本システムの概要に従い、天井カメラ、ロボットアーム、トレー、カラーボールをセットします

  2. RsServoManger, ArmISIK, ArmISColorBallを起動する
    ロボットアームとPCの通信用シリアルケーブル、カメラを接続し、ロボットアームの電源を入れます
    その後各RTCを起動し、接続後にRsServoManger, ArmISIK, ArmISColorBallの順に起動します
    この起動手順は必ずしも守る必要はありませんが、下層のRTCより起動することで無用なトラブルを回避する狙いがあります

  3. ArmISColorBallのキャリブレーションを行う
    ArmISColorBallの下図のようにカメラ画面に表示されている、黄色い十字円の交点とArmIS type0台座のマーカーの位置を合わせます

'u'ボタンを押すことで円の半径が1[pixel]ずつ広がり、'd'ボタンを押すことで円の半径が1[pixel]ずつ小さくなります
十字円の位置と大きさを合わせることで、アームの台座の長さから1[pixel]がロボット座標系でx[mm]に相当するのかを測定します
この簡易キャリブレーションシステムで、卓上ロボットアームを円滑に運用できます
この時点でカラーボールやトレーが設置されていても構いませんが、邪魔な場合は一度除去し、キャリブレーション後に再度設置してください

  1. ロボットアームの初期化を行う
    ArmISColorBallのカメラ画面に入力のフォーカスを合わせ、'o'ボタンを押しTorque ON命令を発行します
    その後'i'ボタンを押し、イニシャルポジションにロボットアームを移動させます
    本システムではこのときのグリッパの下にトレーを設定します

  2. 認識しているカラーボールを拾う
    ArmISColorBallのカメラ画面には以下のように認識しているボールに、円が描かれ座標が保持されています

'r', 'g', 'b', 'p'のキーを押すと、それぞれ、赤、緑、青、桃のボールの付近までアームが移動します
移動後に'c'ボタンを押すことで、アームがボールを把持しトレーまで運び格納します
これを繰り返すことでロボットアームが卓上のカラーボールをお掃除してくれます

注意：カラーボール検出アルゴリズムの都合で、1つの色のボールは1つまでしかカメラに映さないでください

以上が本RTCの使い方のサンプルとなります

ライセンス

Copyright © 2012 Hiroaki Matsuda
Licensed under the Apache License, Version 2.0
Distributed under the MIT License.
Dual licensed under the MIT license and GPL license.

About

No description, website, or topics provided.

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