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robot arm by ROS & Moveit, Train Deep Reinforcement Algorithms

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ergo-zyh/AS_6Dof_Arm

 
 

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Gazebo 展示

Gazebo

Real环境展示

Real Environment

URDF描述文件

  • 机械臂相关描述文件位于 as_arm_description/urdf 目录中
    • as_arm.xacro 为机械臂描述文件
    • camera.xacro 摄像机和机架描述文件
    • sink.xacro 物品槽描述文件

Launch启动相关命令:

  • 启动gazebo仿真环境:

    • roslaunch as_arm_gazebo as_arm_bringup.launch
  • 启动moveit Demo:

    • roslaunch as_arm_moveit_config demo.launch
  • 启动grasp 生成器

    • roslaunch as_arm_gazebo grasp_generator_server.launch
  • 查看摄像头图像:

    • rosrun image_view image_view image:=/camera/image_raw
  • 控制某个joint移动角度:

    • rostopic pub -1 /rrbot/joint1_position_controller/command std_msgs/Float64 "data: 1.5"
  • 获取cube位置

    • rostopic echo -n 1 /gazebo/cubes
  • 获取joint位置:

    • rostopic echo -n 1 /as_arm/joint_states
  • 获取某个link(如end effector)的世界坐标

    • rosrun tf tf_echo /world /grasp_frame_link

碰撞检测相关

  • 碰撞检测包含self-collision和environment-collision两种,相关文件如下:
    • Service描述文件: as_arm_description/srv/CheckCollisionValid.srv
    • Service服务文件(需要在catkin环境编译): as_arm_control/src/check_collision.cpp

仿真环境运行:

  • 相关控制脚本位于 _as_arm_control/test/_目录中

    • 抓取脚本: pick_and_place.py
    • moveit运动规划: test_planner.py
  • 控制gazebo joint角度:

      rostopic pub -1 /as_arm/joint1_position_controller/command std_msgs/Float64 "data: 0"
      rostopic pub -1 /as_arm/joint2_position_controller/command std_msgs/Float64 "data: 0.2834"
      rostopic pub -1 /as_arm/joint3_position_controller/command std_msgs/Float64 "data: -0.9736"
      rostopic pub -1 /as_arm/joint4_position_controller/command std_msgs/Float64 "data: -1.4648"
      rostopic pub -1 /as_arm/joint5_position_controller/command std_msgs/Float64 "data: 0"
      rostopic pub -1 /as_arm/joint6_position_controller/command std_msgs/Float64 "data: -0.015"
      rostopic pub -1 /as_arm/joint7_position_controller/command std_msgs/Float64 "data: 0.015"
    
  • 控制gazebo cube位置:

      rostopic pub -1 /gazebo/set_link_state gazebo_msgs/LinkState "{link_name: cube1, pose: {position: {x: -0.2, y: 0, z: 1.0}, orientation: {x: 0,y: 0, z: 0, w: 1.0}}, twist: {}, reference_frame: world}"
    

真实环境运行:

  • arduino 文件在 as_arm_real/data/servo_v4.0.ino
  • 启动real节点,控制真实机械臂运动:
    • roslaunch as_arm_real servo_bringup_real.launch
  • 启动gazebo仿真环境后,运行控制脚本 as_arm_real/scripts/
    • 真实环境与仿真环境机械臂同步随机运动: random_run_drive.py
    • 真实环境与仿真环境机械手同步运动: run_gripper_driver.py
    • 抓取脚本(调用ompl IK算法): pick_and_place.py

深度增强学习训练:

  • 训练脚本位于 as_arm_control/scripts/ 目录中
    • gazebo仿真环境控制和状态获取脚本: simulate_state.py
    • DDPG算法脚本(TF实现): ddpg.py
    • 仿真环境Agent接口: asm_env.py
    • 训练脚本:learning.py

更新日志 2016-11-24

  • 更改actor 网络的输出层:
    • 目前actor网络的输出的5个joint的移动角度值,增加一个输出表示cube是否在gripper的抓取范围
    • 更改actor网络输出层范围区间为[-4, 4]之间的整数
  • 更改reward计算函数 = exp(-1 * γ * dist(cube, gripper))
  • 调整摄像头视野,增加摄像头数量,组成双目摄像头
    • 提高距离感知,同时避免cube被机械臂遮挡
  • 更改噪音生成函数OuNoice的参数,防止过拟合,探索更多运动空间。
  • 训练阶段:
    • 第一阶段:一个cube,且cube初始位置不变,gripper初始位置为PreGrasp
    • 第二阶段:一个cube,且cube初始位置可变,gripper初始位置为PreGrasp
    • 第三阶段:多个cube,且cube初始位置可变,gripper初始位置为UpRight

更新日志 2016-11-17

  • 碰撞处理
    • 产生碰撞时每个关节随机选择某个(-4,4)的角度范围,并检测碰撞,直到没有检测到碰撞时执行该action
  • ddpg actor网络处理
    • 输出层更新为action_dim * 3,再reshape为(action_dim, 3),执行arg_max操作得到5个范围在[0, 2]的整数,再-1得到[-1, 1]的整数作为机械臂的输出action
  • arm 和 gripper分开处理
    • 5个arm joint 和 2个gripper joint,训练网络时只控制5个arm joint。当检测到gripper_frame和cube_pose的距离小于最小阈值时视为到达目标,执行抓取任务,并将cube物体attach到gripper上。
  • 针对gazebo中机械臂执行操作的震荡问题处理
    • 调整joint的PID参数保证快速平滑性
    • 调整link的质量属性和惯性属性,减少惯性
  • 针对gazebo joint command在话题队列中丢失的处理:
    • 增加joint command的queue队列大小,同时调整训练速度,协调与joint command执行速度的频率
  • gazebo/ros/moveit的交互通信
    • gazebo 回传摄像头图片,moveit检测碰撞,ros协调通信。涉及end effector、cube、arm_joints、gripper_joints的控制和状态信息。
    • joint相关的话题:"/joint_states"设置rviz的joints角度,"as_arm/joint_states"获取当前joints角度,"as_arm/joints_position_controller/command"设置gazebo的joints角度
    • cube相关的话题:"/gazebo/cubes"获取cube位姿, "/gazebo/set_link_state"设置cube位姿。
    • cube在moveit中使用scene.add_box()生成并与gazebo中的cube同步
  • 摄像头视野和位置的调整
  • 更改actor 网络的输出层:(Todo)
    • 目前actor网络的输出的5个joint的移动角度值,增加一个输出表示cube是否在gripper的抓取范围

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