본 패키지는 휴머노이드 로봇 RoK-3의 교육용 Gazebo Simulation 입니다. 이 문서는 패키지의 설명 문서이며, 구성은 다음과 같습니다.
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What to do before simulation
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Simulation Manual
- Download and Setting RobotControl2022
- Libraries used in RobotControl2022 Package
- How to run RobotControl2022 package, Please read section 2 before proceeding.
- RoS-Kinetic install, link : http://wiki.ros.org/kinetic/Installation/Ubuntu
- Gazeobo-7 install, link : http://gazebosim.org/tutorials?cat=install&tut=install_ubuntu&ver=7.0
- Netbeans-IDE install, link : https://netbeans.apache.org/download/index.html
Java install before Netbeans install
- terminal
sudo apt update sudo apt install openjdk-8-jdk java -version
Netbeans-IDE install
- terminal
cd /usr/local/netbeans-x.x //기존 netbeans의 uninstall.sh가 있는 폴더로 이동. (x.x는 현재버전) //경로가 다를 수 있으니 확인할 것 sudo sh uninstall.sh //uninstall 실행
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NetBeans 13_linux install 링크로 접속 합니다.
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HTTP 하단의 링크를 클릭하여 .sh 파일을 다운로드 받습니다.
.sh 파일의 다운로드 경로는/home/user_name/Downloads로 설정합니다.
(만약 다운로드가 되지 않는다면, 링크를 복사하여 **wget -c** 명령어로 직접 실행)
- terminal
---example--- wget -c https://dlcdn.apache.org/...linux-x64.sh
- 다운로드된 파일에 실행권한을 부여하고, 실행합니다.
- terminal
chmod +x Apache-NetBeans-13-bin-linux-x64.sh ./Apache-NetBeans-13-bin-linux-x64.sh
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설치된 applications 에서 Apache NetBeans IDE 13을 실행합니다.
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상단 Menu의 Tools 항목 중 Plugins를 클릭합니다.
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Plugins창이 뜨면, Settings 카테고리로 들어가서, NetBeans 8.2 Plugin Portal 의 Active에 체크한 후, Available Plugins 카테고리로 들어가 check for Newest 를 클릭하여 업데이트를 진행해 줍니다.
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업데이트를 진행 후 나타나는 c/c++ 에 install 을 체크하고 하단의 install 버튼을 클릭하여 설치를 진행합니다.
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상단 Menu의 File 항목에서 New Project를 선택합니다.
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Choose Project Step
categories : C/C++
Projects : C/C++ Project with Existing Sources
next
- Select Mode Step
specify the folder : /home/user_name/catkin_ws
(user_name 의 경우 Ubuntu 설치 시 사용자가 설정한 이름을 입력합니다.)
Build Host : localhost
Tool Collection : Default(GNU(GNU))
Use Build Analyzer Check
Configuration Mode : Custom
next
- Pre-Build Action Step
Pre-Build Step is Required uncheck
next
- Build Actions Step
Working Directory : /home/user_name/catkin_ws
Clean Command : devel/env.sh catkin_make clean
Build Command : devel/env.sh catkin_make
Clean and Build after Finish check
next
- Source Files Step
Source FIle Folders : /home/user_name/catkin_ws
next
- Code Assistance Configuration Step
Automatic Configuration check
next
- Project Name and Location Step
Project Name : catkin_ws
Project Location : /home/user_name/NetBeansProjects
Project Folder : /home/user_name/NetBeansProjects/catkin_ws
Build Host : localhost
Tool Collection : Default(GNU(GNU))
하단의 빨간색 경고는 이미 해당 폴더가 이미 만들어져 있다는 경고이므로, 처음 세팅할 경우에는 등장하지 않습니다.
finish
- GitHub에 미리 가입한 상태면, 해당 패키지를 공동 작업하는데 있어 도움이됩니다.
따라서, 가입을 희망합니다. 또한,Token password를 발급받기 바랍니다.
토큰 발급 방법 을 참고하시기 바랍니다.
토큰은 생성 이후에 다시 확인할 수 없으니, 따로 저장해두어야 합니다.
1.Download and Setting RobotControl2022
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RobotControl2022 Repository에 접속, link : https://github.com/swan0421/RobotControl2022
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해당 Repository에 접속 후, 우측 상단의 Fork를 클릭하여, 본인의 Github Repository에 복제되었는지 확인합니다.
(swan0421/Robotcontrol2022->User_id/Robotcontrol2022)
Fork란?
다른 사람의 Github Repository 에서 내가 수정하거나 기능을 추가하고자 할 때,
해당 Repository를 내 Github Repository로 그대로 복제하는 기능이다.
Fork한 Repository는 원본 Repository와 연결되어 있어,
원본 Repository에 변화가 생기면, Fork한 Repository에 반영할 수 있다.
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복제된 본인의 Repository에 접속 후에,
Code ▼라는 초록색 버튼이 있는데 클릭하여 URL 주소 (https:/~)을 복사하거나,Download ZIP을 통해 해당 패키지를 다운 받습니다. -
NetBeans의
Team>Git>clone을 누른후,Repository URL을 https://github.com/User_id/RobotControl2022.git 으로 설정합니다.
(본인의 Repository 경로)
(만약, NetBeans에서Team>Git>clone경로가 보이지 않는 경우, NetBeans 화면 좌측에 있는 Projects 패널에서 catkin_ws 를 클릭하면 보이며, 위의 경로는 git에 연동되었을 때 활성화되는 경로이므로 처음 연동하는 것이라면, Team > git > clone으로 해도 됨)
User에는 GitHUB의 user_name을 쓰고, Password에는 GitHUB의Token password를 입력한 후 NEXT를 누릅니다. -
Select Remote Branches를
master*로 선택하고 Next를 누릅니다. -
Parent Directory를 사용자의
home/user_name/catkin_ws/src경로로 설정하고, Clone name을 사용자가 원하는 이름으로 설정하고, (참고 : Clone Name은 패키지에 관련된 이름으로 써서 다른 폴더들과 구별 지을 것) Checkout Branch는master*로 설정하고, Remote Name은 origin으로 설정한 후 Finish를 누릅니다. -
사용자의 catkin_ws/src 위치에 Step5에서 설정한 Clone Name 을 갖는 폴더가 있는지 확인하고, 폴더 내부에 패키지 구성 파일들(world 폴더, src 폴더, launch 폴더 등)과 model 폴더(=
rok3_model)이 있는지 확인합니다. -
rok3_model폴더를HOME/.gazebo/models/폴더로 가져와서 시뮬레이션을 위한 파일 셋팅을 마무리합니다.
(.gazebo폴더가 보이지 않으면,Ctrl+H를 눌러서 폴더 숨김 해제를 할 것) -
패키지를 컴파일하기 위해 Netbeans에서 터미널 창을 열거나 기본 터미널 창에서
catkin_make을 입력하여 컴파일을 진행합니다. (터미널 창이 안보인다면, Netbeans의 상단Winodow > IDE Tools > Termianl을 클릭) -
만약,
catkin_make가 안될 경우, section 2를 해보시기 바랍니다.
| Library | Description |
|---|---|
| Eigen | Eigen is a C++ template library for linear algebra: matrices, vectors, numerical solvers, and related algorithms. |
| RBDL | RBDL library contains highly efficient code for both forward and inverse dynamics for kinematic chains and branched models. |
Recommended to re-install RBDL
RBDL의 재설치를 권장합니다. 사용자마다 root 계정 혹은 user 계정으로 하기 때문에, Build 하는 과정에서 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서, 다음과 같이 재설치를 해주시기 바랍니다. 본 패키지를 root 계정에서 사용할 경우, 재설치가 필요없을 수 있습니다.
RBDL Build
RobotControl2022/src/RBDL/addons/urdfreader폴더 내에 있는CMakeList.txt파일에include_directories를 다음과 같이 추가해줍니다.
- Before :
IF (DEFINED ENV{ROS_ROOT})
MESSAGE (STATUS "ROS found: $ENV{ROS_ROOT}")
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS urdf)- After :
IF (DEFINED ENV{ROS_ROOT})
MESSAGE (STATUS "ROS found: $ENV{ROS_ROOT}")
find_package(catkin REQUIRED COMPONENTS urdf)
include_directories(include ${catkin_INCLUDE_DIRS})- RBDL make & install (build 폴더가 존재할 경우, 삭제) RBDL 폴더에서 터미널 창을 켜고 아래의 명령어를 입력함으로써, RBDL 재설치를 끝냅니다.
mkdir build
cd build/
cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=Release ../
cmake -D RBDL_BUILD_ADDON_URDFREADER=true ../
make
sudo make install- 그리고 다시 패키지를 컴파일하기 위해 Netbeans에서 터미널 창을 열거나 기본 터미널 창에서
catkin_make을 입력하여 컴파일을 진행합니다.
HOME/.gazebo/models/rok3_model폴더에 있는 model.sdf를 엽니다. 그리고 Fixed / Floating Dynamics을 위해 <fixed to world>의 joint를 다음과 같이 셋팅 합니다.
Setting Floating Dynamics in model.sdf
<?xml version="1.0"?>
<sdf version='1.6'>
<model name='rok3_model'>
<!--joint name="fixed to world" type="fixed">
<parent>world</parent>
<child>base_link</child>
</joint-->
.
.
.
</model>
</sdf>Setting Fixed Dynamics in model.sdf
<?xml version="1.0"?>
<sdf version='1.6'>
<model name='rok3_model'>
<joint name="fixed to world" type="fixed">
<parent>world</parent>
<child>base_link</child>
</joint>
.
.
.
</model>
</sdf>다음으로, catkin_ws/src/RobotControl2022/worlds폴더에 있는 rok3.world를 엽니다. 그리고 Fixed / Floating Dynamics을 위해 모델의 <pose frame>을 다음과 같이 셋팅 합니다.
Setting Floating Dynamics in rok3.world
<?xml version="1.0" ?>
<sdf version="1.6">
<world name="rok3">
.
.
.
<include>
<uri>model://rok3_model</uri>
<pose frame=''>0 0 0.947 0 0 0</pose>
<plugin name="rok3_plugin" filename="librok3_pkgs.so"/>
</include>
</world>
</sdf>Setting Fixed Dynamics in rok3.world
<?xml version="1.0" ?>
<sdf version="1.6">
<world name="rok3">
.
.
.
<include>
<uri>model://rok3_model</uri>
<pose frame=''>0 0 1.947 0 0 0</pose>
<plugin name="rok3_plugin" filename="librok3_pkgs.so"/>
</include>
</world>
</sdf>-
rok3_plugin.cc는 Gazebo main code 이며,/catkin_ws/src/RobotControl2022/src에 있습니다. -
그리고,
rok3_plugin.cc에서 사용자는 반드시Load(physics::ModelPtr _model, sdf::ElementPtr /*_sdf*/)함수에서, 아래 코드 예시와 같이Addons::URDFReadFromFile()함수 안에 적용되어 있는rok3_model.urdf의 경로를 확인해주시고, 틀린다면 바로잡아주시기 바랍니다. -
rok3_model.urdf는home/.gazebo/models/rok3_model/urdf폴더에 있으며, 파일 속성 확인을 통해 정확한 경로 확인하시기 바랍니다.
In rok3_plugin.cc
void gazebo::rok3_plugin::Load(physics::ModelPtr _model, sdf::ElementPtr /*_sdf*/)
{
/*
* Loading model data and initializing the system before simulation
*/
//* model.sdf file based model data input to [physics::ModelPtr model] for gazebo simulation
model = _model;
//* [physics::ModelPtr model] based model update
GetJoints();
//* RBDL API Version Check
int version_test;
version_test = rbdl_get_api_version();
printf(C_GREEN "RBDL API version = %d\n" C_RESET, version_test);
//* model.urdf file based model data input to [Model* rok3_model] for using RBDL
Model* rok3_model = new Model();
Addons::URDFReadFromFile("/root/.gazebo/models/rok3_model/urdf/rok3_model.urdf", rok3_model, true, true);
//↑↑↑ Check File Path ↑↑↑
nDoF = rok3_model->dof_count - 6; // Get degrees of freedom, except position and orientation of the robot
joint = new ROBO_JOINT[nDoF]; // Generation joint variables struct
//* initialize and setting for robot control in gazebo simulation
SetJointPIDgain();
//* setting for getting dt
last_update_time = model->GetWorld()->GetSimTime();
update_connection = event::Events::ConnectWorldUpdateBegin(boost::bind(&rok3_plugin::UpdateAlgorithm, this));
}모든 준비 과정이 끝나면, catkin_make을 입력하여 컴파일을 진행합니다.
catkin_make
최종적으로, 다음과 같은 명령어를 통해 시뮬레이션 실행
roslaunch rok3_study_pkgs rok3.launch
- void Practice() 함수 만들기
void Practice()- Practice() 함수안에 matrix 생성 및 터미널창에 인쇄하기
- cout 사용
std::cout << "C_IE = " << C_IE << std::endl;- Load 함수 첫줄에 Practice() 함수 사용
- 3-link planar arm를 위한 Homogeneous Transformation Matrix 만들기
- 모든 링크의 길이는 1m로 가정
MatrixXd getTransformI0()
MatrixXd jointToTransform01(VectorXd q)
MatrixXd jointToTransform12(VectorXd q)
MatrixXd jointToTransform23(VectorXd q)
MatrixXd getTransform3E()- Forward Kinematics 만들기
VectorXd jointToPosition(VectorXd q)
MatrixXd jointToRotMat(VectorXd q)
VectorXd rotToEuler(MatrixXd rotMat)
- source 코드
- 출력된 결과물 capture 파일