ROS学习七、ros_control控制（1）

前言

ROS提供了用于控制机器人的组件ros_control，能够控制仿真和实际的机器人运动。

1.ros_control框架

ros_control包由combined_robot_hw（硬件包），controller_interface（controller接口），controller_manager（controller管理器），controller_manager_msg（controller管理器的消息类型），hardware_interface（硬件底层的接口），joint_limits_interface（joints限制接口），transmission_interface（传动接口），realtime_tools（实时控制工具） 从上面这个框架图可以看出，ROS控制流是这样的：

ROS中的Controller manager接收load_controller、unload_controller等命令来加载和运行不同类型的controller（例如joint_position），这些controller通过Hardware Resource接口向硬件抽象层RobotHW读取和发布控制命令，这些命令再输入到机器人上的嵌入控制器上，然后有执行器执行。

2.ros_control组件 controller_manager&msg

controller_manager提供了一个近乎实时的controller管理器，用于管理（加载、卸载、启停）controllers。

controller_manager_msg定义了controller的状态消息类型msg，以及调用controller_manager的服务类型srv。

ros_controllers

ros_controllers提供了ros_control中需要的controllers插件，包括：

effort_controllers  # 控制joints的力和扭矩的controller
- joint_effort_controller  # 直接输入力/扭矩
- joint_position_controller  # 通过输入joint的位置，根据PID转换为力/扭矩
- joint_velocity_controller  # 通过输入joint的速度，根据PID转换为力/扭矩

joint_state_controller  # 发布joints的状态（position，velocity等），消息类型为sensor_msgs/JointState
- joint_state_controller

position_controllers  # 直接控制joints的位置
- joint_position_controller
- joint_group_position_controller

velocity_controllers  # 直接控制joint的速度
- joint_velocity_controller
- joint_group_velocity_controller

joint_trajectory_controllers  # 控制joint的轨迹

hardware_interface

hardware_interface在硬件层面上与ros_controllers中的插件相对应，包含了以下硬件接口类：

JointCommandInterface类
- EffortJointInterface类
- PositionJointInterface类
- VelocityJointInterface类

JointStateInterface类

ActuatorStateInterface类

以及其它各种类

可以看出，hardware_interface是从硬件层面上为ros controller插件提供支持。

transmission_interface

transmission用于描述相邻link之间的Joint与actuator之间的关系。

transmission_interface能够根据URDF中的transmission标签将该关系载入到硬件层中。

joint_limits_interface

每个joint都有其状态限制，比如某个关节不可能能够无限施加力或者速度，joint_limits_interface负责限制这些状态。

joint_limits_interface能够根据URDF中的limit标签，将joint limit载入到硬件层中。

controller_manager

controller_manager用于加载、卸载、启动和停止controllers，如下图所示： 当载入controllers后，controller_manager将为每个controller发布一个话题，并在参数服务器中为每个controller设置参数。

controller_manager命令 controller_manager

# 用于加载、卸载、启动、停止controllers
rosrun controller_manager controller_manager  
- load
- unload
- start
- stop
- spawn(load and start)
- kill(stop and unload)

# 用于获取controllers的状态
rosrun controller_manager controller_manager 
- list
- list-types
- reload-libraries
- reload-libraries --restore

spawner于unspawner

用于立刻加载和启动许多controllers：

rosrun controller_manager spawner 
# 当kill spawner时，controllers将自动停止并卸载

用于停止controllers但不卸载：

rosrun controller_manager unspawner 

controllers可视化工具

ros_control额外提供了rqt_controller_manager包作为controller的可视化工具，不过这个包是额外的，可以通过apt安装：

sudo apt install ros-melodic-rqt-controller-manager

使用方法：

rosrun rqt_controller_manager rqt_controller_manager