1. 写在前面

第一篇 – 机器人描述: http://blog.csdn.net/sunbibei/article/details/52297524
第二篇 – TRANSMISSION: http://blog.csdn.net/sunbibei/article/details/53287975

在我上一篇博客上, 我们引入了UR5BH机器人， 另外， 对其描述文件中的transmission进行了解析， 其中摘录了如下文件：

<gazebo>
  <plugin filename="libgazebo_ros_control.so" name="ros_control">
    <!--robotNamespace>/</robotNamespace-->
    <!--robotSimType>gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim</robotSimType-->
  </plugin>
</gazebo>
... ...
<transmission name="shoulder_pan_trans">
  <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
  <joint name="shoulder_pan_joint">
    <hardwareInterface>PositionJointInterface</hardwareInterface>
  </joint>
  <actuator name="shoulder_pan_motor">
    <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
  </actuator>
</transmission>
... ...
<transmission name="bh_j32_transmission">
  <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
  <joint name="bh_j32_joint"/>
  <actuator name="bh_j32">
    <hardwareInterface>PositionJointInterface</hardwareInterface>
    <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
    <motorTorqueConstant>1</motorTorqueConstant>
  </actuator>
</transmission>

在这段描述中， 除了transmission之外， 另一个引入的， 就是gazebo_ros_control. 本篇作为第三篇， 主要和大家分享一些关于gazebo_ros_control相关的内容。

2. Gazebo ROS Control

在前一篇的基础上， 实际上我们已经能够开始配置MoveIt！来进行机器人控制了。 但是， 为了更进一步的让事情更加清晰， 我们还是耐下心再探讨一下gazebo_ros_control。 包布局如下图所示:

打开package.xml文件， 除了一些依赖包的定义外， 一个比较关键的地方是在export块中， 摘录如下：

... ...
<export>
    <gazebo_ros_control plugin="${prefix}/robot_hw_sim_plugins.xml"/>
</export>
... ...

了解pluginlib的同学肯定知道， 这是将plugin的定义文件导入的步骤。 不熟悉的同学， 可以参考1, 或者 参考2 进行了解。

导入的文件在文件系统中可以看到， 摘录如下：

<library path="lib/libdefault_robot_hw_sim">
  <class
    name="gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim"
    type="gazebo_ros_control::DefaultRobotHWSim"
    base_class_type="gazebo_ros_control::RobotHWSim">
    <description>
      A default robot simulation interface which constructs joint handles from an SDF/URDF.
    </description>
  </class>
</library>

可以看到， 该文件中定义了一个plugin， 就是gazebo_ros_control::DefaultRobotHWSim, 该plugin可以动态的被加载进来。再查看该包的CMakeLists.txt, 可以看到下述内容：

## 2.1. Libraries
add_library(${PROJECT_NAME} src/gazebo_ros_control_plugin.cpp)
target_link_libraries(${PROJECT_NAME} ${catkin_LIBRARIES} ${GAZEBO_LIBRARIES})

add_library(default_robot_hw_sim src/default_robot_hw_sim.cpp)
target_link_libraries(default_robot_hw_sim ${catkin_LIBRARIES} ${GAZEBO_LIBRARIES})

该包总共会生成两个库， 第一个库是gazebo_ros_control， 第二个库是default_robot_hw_sim, 分别都只有一个文件。 下面我们分别来分析这两个库的源码以及所对应完成的任务。

3. Default Robot HW SIM

在default_robot_hw_sim.cpp中， 定义了类DefaultRobotHWSim， 该类继承于gazebo_ros_control::RobotHWSim, 父类定义摘录如下：

namespace gazebo_ros_control {

  // Struct for passing loaded joint data
  struct JointData 
  {
    std::string name_;
    std::string hardware_interface_;

    JointData(const std::string& name, const std::string& hardware_interface) :
      name_(name),
      hardware_interface_(hardware_interface)
    {}
  };

  class RobotHWSim : public hardware_interface::RobotHW 
  {
  public:
    virtual ~RobotHWSim() { }
    virtual bool initSim(
        const std::string& robot_namespace,
        ros::NodeHandle model_nh, 
        gazebo::physics::ModelPtr parent_model,
        const urdf::Model *const urdf_model, // 留意该指针有两个const
        // TransmissionInfo的内容在前一篇博客中有介绍
        std::vector<transmission_interface::TransmissionInfo> transmissions) = 0;
    virtual void readSim(ros::Time time, ros::Duration period) = 0;
    virtual void writeSim(ros::Time time, ros::Duration period) = 0;

    virtual void eStopActive(const bool active) {}
  };
}

该类定义了gazebo plugin版本的RobotHW，RobotHW定义于ros control包中， 定义了与实际机器人通讯的基本接口， 在编写实际机器人的ros control体系时， 该类是用户必须实现的类。 主要重载read(), write(), preparewitch() 以及doSwitch()四个接口。 在RobotHW中， 这四个函数都有默认实现（默认实现是空， 什么都不做）， 都不是纯虚函数。 一般而言， 重载读写函数即可正常工作了。 这个地方， 只是将接口换了个名字， 并且， 几个纯虚函数都必须在子类中进行实现。

类DefaultRobotHWSim的定义摘录如下：

namespace gazebo_ros_control
{

class DefaultRobotHWSim : public gazebo_ros_control::RobotHWSim
{
public:

  // 四个纯需函数必须在子类中进行实现。
  virtual bool initSim(
    const std::string& robot_namespace,
    ros::NodeHandle model_nh,
    gazebo::physics::ModelPtr parent_model,
    const urdf::Model *const urdf_model,
    std::vector<transmission_interface::TransmissionInfo> transmissions);
  virtual void readSim(ros::Time time, ros::Duration period);
  virtual void writeSim(ros::Time time, ros::Duration period);
  virtual void eStopActive(const bool active);

protected:
  // Methods used to control a joint. 一个关节！！！
  enum ControlMethod {EFFORT, POSITION, POSITION_PID, VELOCITY, VELOCITY_PID};

  // 关节限制相关的内容， 不是我们关注的重点， 感兴趣的朋友可以参考下述网站：
  // http://wiki.ros.org/pr2_controller_manager/safety_limits
  void registerJointLimits(const std::string& joint_name,
                           const hardware_interface::JointHandle& joint_handle,
                           const ControlMethod ctrl_method,
                           const ros::NodeHandle& joint_limit_nh,
                           const urdf::Model *const urdf_model,
                           int *const joint_type, double *const lower_limit,
                           double *const upper_limit, double *const effort_limit);
  unsigned int n_dof_;
  // 关节接口， 这四个类的设计很有意思。
  hardware_interface::JointStateInterface    js_interface_;
  hardware_interface::EffortJointInterface   ej_interface_;
  hardware_interface::PositionJointInterface pj_interface_;
  hardware_interface::VelocityJointInterface vj_interface_;
  // 关节限制相关的内容
  joint_limits_interface::EffortJointSaturationInterface   ej_sat_interface_;
  joint_limits_interface::EffortJointSoftLimitsInterface   ej_limits_interface_;
  joint_limits_interface::PositionJointSaturationInterface pj_sat_interface_;
  joint_limits_interface::PositionJointSoftLimitsInterface pj_limits_interface_;
  joint_limits_interface::VelocityJointSaturationInterface vj_sat_interface_;
  joint_limits_interface::VelocityJointSoftLimitsInterface vj_limits_interface_;
  std::vector<double> joint_lower_limits_;
  std::vector<double> joint_upper_limits_;
  std::vector<double> joint_effort_limits_;

  std::vector<std::string> joint_names_;
  std::vector<int> joint_types_;
  std::vector<ControlMethod> joint_control_methods_;
  std::vector<control_toolbox::Pid> pid_controllers_;
  std::vector<double> joint_position_;
  std::vector<double> joint_velocity_;
  std::vector<double> joint_effort_;
  std::vector<double> joint_effort_command_;
  std::vector<double> joint_position_command_;
  std::vector<double> last_joint_position_command_;
  std::vector<double> joint_velocity_command_;

  std::vector<gazebo::physics::JointPtr> sim_joints_;

  // 紧急停止时， e_stop_active = true
  bool e_stop_active_, last_e_stop_active_;
};

typedef boost::shared_ptr<DefaultRobotHWSim> DefaultRobotHWSimPtr;

}

#endif // #ifndef __GAZEBO_ROS_CONTROL_PLUGIN_DEFAULT_ROBOT_HW_SIM_H_

由于关于Safty Limits 并不是我们关注的内容。 所以在后面的解析过程中， 我们也会忽略该部分内容， 感兴趣的同学， 可以参考上述网站， 内容也不是很多。下面我们主要关注initSim()的实现， 其他几个函数无非是调用Gazebo的API完成关节数据的读写。

iniSim()函数的实现摘录如下：

bool DefaultRobotHWSim::initSim(
    const std::string& robot_namespace,
    ros::NodeHandle model_nh,
    gazebo::physics::ModelPtr parent_model,
    const urdf::Model *const urdf_model,
    std::vector<transmission_interface::TransmissionInfo> transmissions) {
  const ros::NodeHandle joint_limit_nh(model_nh);

  // Resize vectors to our DOF
  n_dof_ = transmissions.size(); // 也就是说， 该变量保存关节个数
  joint_names_.resize(n_dof_);
  joint_types_.resize(n_dof_);
  joint_lower_limits_.resize(n_dof_);
  joint_upper_limits_.resize(n_dof_);
  joint_effort_limits_.resize(n_dof_);
  joint_control_methods_.resize(n_dof_);
  pid_controllers_.resize(n_dof_);
  joint_position_.resize(n_dof_);
  joint_velocity_.resize(n_dof_);
  joint_effort_.resize(n_dof_);
  joint_effort_command_.resize(n_dof_);
  joint_position_command_.resize(n_dof_);
  joint_velocity_command_.resize(n_dof_);

  // 初始化所有变量
  for(unsigned int j=0; j < n_dof_; j++) {
    if(transmissions[j].joints_.size() == 0) {
      ROS_WARN_STREAM_NAMED("default_robot_hw_sim","Transmission " << transmissions[j].name_
        << " has no associated joints.");
      continue;
    } else if(transmissions[j].joints_.size() > 1) {
      ROS_WARN_STREAM_NAMED("default_robot_hw_sim","Transmission " << transmissions[j].name_
        << " has more than one joint. Currently the default robot hardware simulation "
        << " interface only supports one.");
      continue;
    } // 判定transmission内容是否有错， DefaultRobotHWSim仅支持一个tramsmission对应一个joint

    std::vector<std::string> joint_interfaces = transmissions[j].joints_[0].hardware_interfaces_;
    if (joint_interfaces.empty() && !(transmissions[j].actuators_.empty())
         && !(transmissions[j].actuators_[0].hardware_interfaces_.empty())) {
      // TODO: Deprecate HW interface specification in actuators in ROS J
      joint_interfaces = transmissions[j].actuators_[0].hardware_interfaces_;
      ROS_WARN_STREAM_NAMED("default_robot_hw_sim", "The <hardware_interface> element of tranmission " <<
        transmissions[j].name_ << " should be nested inside the <joint> element, not <actuator>. " <<
        "The transmission will be properly loaded, but please update " <<
        "your robot model to remain compatible with future versions of the plugin.");
    }
    if (joint_interfaces.empty()) {
      ROS_WARN_STREAM_NAMED("default_robot_hw_sim", "Joint " << transmissions[j].joints_[0].name_ <<
        " of transmission " << transmissions[j].name_ << " does not specify any hardware interface. " <<
        "Not adding it to the robot hardware simulation.");
      continue;
    } else if (joint_interfaces.size() > 1) {
      ROS_WARN_STREAM_NAMED("default_robot_hw_sim", "Joint " << transmissions[j].joints_[0].name_ <<
        " of transmission " << transmissions[j].name_ << " specifies multiple hardware interfaces. " <<
        "Currently the default robot hardware simulation interface only supports one. Using the first entry!");
      //continue;
    } // 至少包含一个transmission, 多个的话， 将会默认使用第一个， 但并不算错误(没有continue)。

    // 初始化各变量（name, pos, vel, eff, 以及cmd
    joint_names_[j] = transmissions[j].joints_[0].name_;
    joint_position_[j] = 1.0;
    joint_velocity_[j] = 0.0;
    joint_effort_[j] = 1.0;  // N/m for continuous joints
    joint_effort_command_[j] = 0.0;
    joint_position_command_[j] = 0.0;
    joint_velocity_command_[j] = 0.0;
    // 常引用
    const std::string& hardware_interface = joint_interfaces.front();

    // Debug
    ROS_DEBUG_STREAM_NAMED("default_robot_hw_sim","Loading joint ‘" << joint_names_[j]
      << "‘ of type ‘" << hardware_interface << "‘");

    // hardware_interface::JointStateInterface初始化
    // 将类中pos, vel, eff三个变量的地址绑定对应于三个变量joint_xxx[j]
    js_interface_.registerHandle(hardware_interface::JointStateHandle(
        joint_names_[j], &joint_position_[j], &joint_velocity_[j], &joint_effort_[j]));

    // 根据申明的transmission， 创建对应的JointHandle. 
    hardware_interface::JointHandle joint_handle;
    if(hardware_interface == "EffortJointInterface") {
      // Create effort joint interface
      joint_control_methods_[j] = EFFORT;
      joint_handle = hardware_interface::JointHandle(js_interface_.getHandle(joint_names_[j]),
                                                     &joint_effort_command_[j]);
      ej_interface_.registerHandle(joint_handle);
    } else if(hardware_interface == "PositionJointInterface") {
      // Create position joint interface
      joint_control_methods_[j] = POSITION;
      joint_handle = hardware_interface::JointHandle(js_interface_.getHandle(joint_names_[j]),
                                                     &joint_position_command_[j]);
      pj_interface_.registerHandle(joint_handle);
    } else if(hardware_interface == "VelocityJointInterface") {
      // Create velocity joint interface
      joint_control_methods_[j] = VELOCITY;
      joint_handle = hardware_interface::JointHandle(js_interface_.getHandle(joint_names_[j]),
                                                     &joint_velocity_command_[j]);
      vj_interface_.registerHandle(joint_handle);
    } else {
      ROS_FATAL_STREAM_NAMED("default_robot_hw_sim","No matching hardware interface found for ‘"
        << hardware_interface );
      return false;
    }

    // Get the gazebo joint that corresponds to the robot joint.
    gazebo::physics::JointPtr joint = parent_model->GetJoint(joint_names_[j]);
    if (!joint) {
      ROS_ERROR_STREAM("This robot has a joint named \"" << joint_names_[j]
        << "\" which is not in the gazebo model.");
      return false;
    }
    sim_joints_.push_back(joint);

    registerJointLimits(joint_names_[j], joint_handle, joint_control_methods_[j],
                        joint_limit_nh, urdf_model,
                        &joint_types_[j], &joint_lower_limits_[j], &joint_upper_limits_[j],
                        &joint_effort_limits_[j]);
    // 初始化控制器
    if (joint_control_methods_[j] != EFFORT) {
      const ros::NodeHandle nh(model_nh, "/gazebo_ros_control/pid_gains/" +
                               joint_names_[j]);
      if (pid_controllers_[j].init(nh, true)) {
        switch (joint_control_methods_[j]) {
          case POSITION:
            joint_control_methods_[j] = POSITION_PID;
            break;
          case VELOCITY:
            joint_control_methods_[j] = VELOCITY_PID;
            break;
        }
      } else {
#if GAZEBO_MAJOR_VERSION > 2
        joint->SetParam("fmax", 0, joint_effort_limits_[j]);
#else
        joint->SetMaxForce(0, joint_effort_limits_[j]);
#endif
      }
    }
  }

  // 注册接口， 父类RobotHW是继承于InterfaceManager的
  // 实则是调用InterfaceManager的方法。
  registerInterface(&js_interface_);
  registerInterface(&ej_interface_);
  registerInterface(&pj_interface_);
  registerInterface(&vj_interface_);

  // Initialize the emergency stop code.
  e_stop_active_ = false;
  last_e_stop_active_ = false;

  return true;
}

从上面的实现可以看到， 通过URDF文件中设定transmission, DefaultRobotHWSim解析所有的transmission块， 保存每个关节的JointHandle， 并提供读写数据的接口。其中JointHandle的管理方式是调用ROS Control中的hardware_interface, 而这一块的内容， 将在后面的博客中专门分析， 这部分的实现非常巧妙， 也很有意思。

4. Gazebo ROS Control Plugin

GazeboRosControlPlugin继承于gazebo::ModelPlugin类， 是一个可以由Gazebo加载的Plugin， 该类中最为关键的两个函数分别是： Load() and Update(). 分别的实现如下：

Load()的实现如下所示：

void GazeboRosControlPlugin::Load(gazebo::physics::ModelPtr parent, sdf::ElementPtr sdf)
{
  ROS_INFO_STREAM_NAMED("gazebo_ros_control","Loading gazebo_ros_control plugin");

  // Save pointers to the model
  parent_model_ = parent;
  sdf_ = sdf;

  // 一系列的容错判断， 以及获取sdf中所定义的参数

  ... ...

  // 从sdf_中获得RobotHWSim的类型
  if(sdf_->HasElement("robotSimType")) {
    robot_hw_sim_type_str_ = sdf_->Get<std::string>("robotSimType");
  } else {
    robot_hw_sim_type_str_ = "gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim";
    ROS_DEBUG_STREAM_NAMED("loadThread","Using default plugin for RobotHWSim (none specified in URDF/SDF)\""<<robot_hw_sim_type_str_<<"\"");
  }

  ... ...

  // Get parameters/settings for controllers from ROS param server
  model_nh_ = ros::NodeHandle(robot_namespace_);

  ... ...

  // 从参数服务器中获得URDF
  const std::string urdf_string = getURDF(robot_description_);
  if (!parseTransmissionsFromURDF(urdf_string)) {
    ROS_ERROR_NAMED("gazebo_ros_control",
      "Error parsing URDF in gazebo_ros_control plugin, plugin not active.\n");
    return;
  }

  // 通过ClassLoader加载RobotHWSim（默认使用的是DefaultRobotHWSim）
  try {
    robot_hw_sim_loader_.reset
      (new pluginlib::ClassLoader<gazebo_ros_control::RobotHWSim>
        ("gazebo_ros_control",
          "gazebo_ros_control::RobotHWSim"));
    robot_hw_sim_ = robot_hw_sim_loader_->createInstance(robot_hw_sim_type_str_);
    urdf::Model urdf_model;
    const urdf::Model *const urdf_model_ptr = urdf_model.initString(urdf_string) ? &urdf_model : NULL;
    // 调用前面分析过的那个函数， initSim, 在RobotHWSim中初始化所有关节句柄
    if(!robot_hw_sim_->initSim(robot_namespace_, model_nh_, parent_model_, urdf_model_ptr, transmissions_)) {
      ROS_FATAL_NAMED("gazebo_ros_control","Could not initialize robot simulation interface");
      return;
    }

    // 创建ControllerManager, 可以看到， ControllerManager是在这个地方被初始化。
    ROS_DEBUG_STREAM_NAMED("ros_control_plugin","Loading controller_manager");
    controller_manager_.reset
      (new controller_manager::ControllerManager(robot_hw_sim_.get(), model_nh_));

    // 监听update event, 每个simulation iteration都会广播该event.
    update_connection_ =
      gazebo::event::Events::ConnectWorldUpdateBegin
      (boost::bind(&GazeboRosControlPlugin::Update, this));

  } catch(pluginlib::LibraryLoadException &ex) {
    ROS_FATAL_STREAM_NAMED("gazebo_ros_control", "Failed to create robot simulation interface loader: "
    << ex.what());
  }

  ROS_INFO_NAMED("gazebo_ros_control", "Loaded gazebo_ros_control.");
}

上述函数的实现中， ... ...代表有省略部分。 仅抽离出来了比较重要的部分， 将一些容错和参数获取的代码给省略了。 可以看到， 在该函数中， 完成了RobotHW的初始化（在Gazebo中， 是通过RobotHWSim类呈现， 该类实际上也是RobotHW的子类）， 完成了ControllerManager的初始化， 并将RosControl循环（update()函数）与update event进行了绑定， 在每次事件到来的时候， 都将会进行循环。

update()函数的实现如下所示：

// Called by the world update start event
void GazeboRosControlPlugin::Update() {
  // 得到当前时间以及和上一次更新的时间间隔
  gazebo::common::Time gz_time_now = parent_model_->GetWorld()->GetSimTime();
  ros::Time sim_time_ros(gz_time_now.sec, gz_time_now.nsec);
  ros::Duration sim_period = sim_time_ros - last_update_sim_time_ros_;

  robot_hw_sim_->eStopActive(e_stop_active_);

  // Check if we should update the controllers
  if(sim_period >= control_period_) {
    // 交替更新前一次时间变量
    last_update_sim_time_ros_ = sim_time_ros;

    // 调用RobotHW接口， 读关节数据， 保证当前关节值是最新值
    robot_hw_sim_->readSim(sim_time_ros, sim_period);

    // Compute the controller commands
    bool reset_ctrlrs;
    if (e_stop_active_) {
      reset_ctrlrs = false;
      last_e_stop_active_ = true;
    } else {
      if (last_e_stop_active_) {
        reset_ctrlrs = true;
        last_e_stop_active_ = false;
      } else {
        reset_ctrlrs = false;
      }
    }
    // ControlManager类的update接口调用， 将会顺序调用每一个加载上来的控制器的update()
    controller_manager_->update(sim_time_ros, sim_period, reset_ctrlrs);
  }

  // 每一个正在运行的控制器update调用之后， 对应被控制关节的命令就更新完成
  // 现在再调用RobotHW的写操作。 完成对关节命令的写入。
  // 不但在仿真中RosControl循环是这个流程， 在实际RosControl循环中， 也是这个流程。
  robot_hw_sim_->writeSim(sim_time_ros, sim_time_ros - last_write_sim_time_ros_);
  last_write_sim_time_ros_ = sim_time_ros;// 交替更新前一次时间变量
}

5. ROS Controller运用

在前一篇中， 我们在Gazebo中已经启动起来了ur2bh机器人。 输入命令:roslaunch ur5bh_gazebo ur5bh_gazebo.launch。 在启动起来Gazebo之后， 命令行中可以看到如下几行输出：

而这几行的输出， 正是在前面Load()函数中的提示输出。 显然， 我们的GazeboRosControlPlugin已经在launch文件中， 被启动加载了。当然， 这个时候ControllerManager也处于就绪状态， 可以重新打开命令行， 输入rosservice call /controller_manager/list_controller_types进行验证， 该服务器将会返回一大堆信息。现在， 我们就可以在配置文件里面指定我们所需要的控制器了。 比如说， 由于我们在transmission块中， 指定的是PositionJointInterface, 所以， 我们可以使用的控制器只能是位置控制器。 下面我们试着加一两个控制器。

5.1. position_controllers/JointPositionController

该控制器实现于ros_controllers包中， 这个包提供了很多默认控制器， 可以直接使用， 感兴趣的同学， 也可以到Github 上进行下载查看他们的源码。要配置这些控制器， 只需要简单的配置文件即可搞定。
打开命令行， 以此输入：

roscd ur5bh_gazebo && mkdir config
vim config/controllers.yaml

将下述内容复制到该文件中：

shoulder_pan_position_controller:
  type: position_controllers/JointPositionController
  joint: shoulder_pan_joint
  pid:
    p: 100.0
    d: 10.0

第一行是控制器名称， 第二行是控制器类型, 第三行是欲控制的关节名称， 第四行是指定该控制器的PID参数。运行rosed ur5bh_gazebo ur5bh_gazebo.launch, 加入下述内容在文件中：

  <rosparam file="$(find ur5bh_gazebo)/config/controllers.yaml" command="load"/>
  <node name="joint_controller_spawner" pkg="controller_manager" type="controller_manager"
  args="spawn shoulder_pan_position_controller"
  respawn="false" output="screen"/>

上述内容， 第一行是将yaml文件中定义的内容， 加载到参数服务器。 第二行类似于在命令行中运行rosrun controller_manager controller_manager spawn shoulder_pan_position_controller. 完成的功能， 是创建一个节点， 请求ControllerManager的加载服务器的服务， 请求加载控制器shoulder_pan_position_controller, 而该控制器的相关参数定义于yaml文件中。

复制保存之后， 打开命令行， 运行roslaunch ur5bh_gazebo ur5bh_gazebo.launch， 同样， 可以看到前篇博客所示的状态， 同时， 在命令行中， 可以看到如下输出。

再打开一个命令行， 输入下述命令可以查看我们加载的控制器的效果， rostopic pub /shoulder_pan_position_controller/command std_msgs/Float64 50

在Gazebo中可以看到， 我们的机器人转动了。 我们在上述yaml中， 只是定义了一个关节的控制器， 当然， 我们可以配置多个控制器， 分别控制多个关节. 方法类似， 就不示例了。

5.2. position_controllers/JointGroupPositionController

另一种方式， 可以加载position_controllers/JointGroupPositionController， 指定一个控制器控制多个关节。示例如下， 首先在config/controllers.yaml中添加下述内容：

finger1_position_controller:
  type: position_controllers/JointGroupPositionController
  joints:
    - bh_j11_joint
    - bh_j12_joint
    - bh_j13_joint

在launch文件中， 将发起的节点那一行更换成：

  <node name="joint_controller_spawner" pkg="controller_manager" type="controller_manager"
  args="spawn shoulder_pan_position_controller finger1_position_controller"
  respawn="false" output="screen"/>

同样， 打开命令行， 运行roslaunch ur5bh_gazebo ur5bh_gazebo.launch, 打开Gazebo之后， 应该能够在命令行中看到下述输出内容：

新打开一个命令行， 输入下述命令：
rostopic pub /finger1_position_controller/command std_msgs/Float64MultiArray ‘{data: [10.0, 10.0, 10.0]}‘， 在Gazebo中， 可以看到手指动了。

5.3. joint_state_controller

一般情况下， 我们的关节数据都是需要通过/joint_states话题传递出来， 这样， RobotStatePublisher才能够解析发布/tf数据。 而现在我们是没有/joint_states话题的（可以在命令行中通过rostopic list来查看）。这个话题一个最直接的使用， 就是在rviz中。 在rviz中是可以直接查看我们机器人当前状态的。比如， 打开rviz(运行rosrun rviz rviz）， 当前我们在rviz中添加RobotModel插件， 看到的应该是下述状态：

当然， 也是不能在该插件中看到我们的ur5bh机器人。 解决这个问题， ros control为我们提供了一个默认控制器， 专门用来发布/joint_states话题数据。有两种方式可以添加该控制器， 完成其中一种即可。

5.3.1. 方式一

首先在config/controllers.yaml中添加下述内容：

joint_state_controller:
  type: joint_state_controller/JointStateController
  publish_rate: 50

在launch文件中， 将发起的节点那一行更换成：

  <node name="joint_controller_spawner" pkg="controller_manager" type="controller_manager"
  args="spawn shoulder_pan_position_controller finger1_position_controller joint_state_controller"
  respawn="false" output="screen"/>

5.3.2. 方式二

除了通过上述方式加载joint_state_controller外， 还可以直接将该控制器写到URDF文件中去。由于我们在ur5bh_gazebo.launch文件中， 上传到参数服务器的文件是ur5bh.urdf， 所以修改该模型文件， 在ur5bh.urdf中的gazebo块中（在该文件的头部）。修改后gazebo块的内容如下（删除了其中注释的部分内容）：

  <gazebo>
    <plugin filename="libgazebo_ros_control.so" name="ros_control">
    </plugin>
    <plugin name="joint_state_publisher" filename="libgazebo_ros_joint_state_publisher.so">
      <jointName>
          bh_j11_joint, bh_j12_joint, bh_j13_joint, bh_j21_joint, bh_j22_joint, bh_j23_joint,
          bh_j32_joint, bh_j33_joint, elbow_joint, shoulder_lift_joint, shoulder_pan_joint,
          wrist_1_joint, wrist_2_joint, wrist_3_joint
      </jointName>
      <updateRate>50</updateRate>
      <alwaysOn>true</alwaysOn>
    </plugin>
  </gazebo>

5.3.3. 效果验证

同样， 打开命令行， 运行roslaunch ur5bh_gazebo ur5bh_gazebo.launch, 打开Gazebo之后， 再新打开一个命令行， 输入rostopic echo /joint_states， 可以看到该话题的数据， 发布频率是按照我们指定的50Hz. 这个时候再看rviz， 其中RobotModel还是一堆错误， 这是因为该插件需要的/tf数据还是没有。 解决办法： 新打开一个命令行， 输入rosrun robot_state_publisher robot_state_publisher。 不出意外， 可以看到如下效果：

可以看到， rviz中， 模型的状态和Gazebo中是保持一直的。所以robot_state_publisher节点的运行是必要的。 可以将其直接添加到ur5bh_gazebo.launch文件中， 将下述内容添加到launch文件中：

<!-- Robot state publisher -->
<node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher">
    <param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" />
    <param name="tf_prefix" type="string" value="" />
</node>

附录

从rqt的插件中， 可以查看到整体的结构图， 可以清晰的看到/joint_states起到的作用。

下面把最终的controller.yaml 和 ur5bh_gazebo.launch 两个文件的全部内容附属在下面：
ur5bh_gazebo/config/controllers.launch

shoulder_pan_position_controller:
  type: position_controllers/JointPositionController
  joint: shoulder_pan_joint
  pid:
    p: 100.0
    d: 10.0

finger1_position_controller:
  type: position_controllers/JointGroupPositionController
  joints:
    - bh_j11_joint
    - bh_j12_joint
    - bh_j13_joint

joint_state_controller:
  type: joint_state_controller/JointStateController
  publish_rate: 50

ur5bh_gazebo/launch/ur5bh_gazebo.launch

<?xml version="1.0"?>
<launch>
  <!-- startup simulated world -->
  <include file="$(find gazebo_ros)/launch/empty_world.launch" />
  <!-- send robot urdf to param server -->
  <param name="robot_description"
  command="$(find xacro)/xacro.py ‘$(find ur5bh_description)/urdf/ur5bh.urdf‘" />

  <!-- push robot_description to factory and spawn robot in gazebo -->
  <node name="spawn_gazebo_model" pkg="gazebo_ros" type="spawn_model"
  args="-urdf -param robot_description -model robot -z 0.1"
  respawn="false" output="screen" />

  <rosparam file="$(find ur5bh_gazebo)/config/controller.yaml" command="load"/>
  <node name="joint_controller_spawner" pkg="controller_manager" type="controller_manager"
  args="spawn shoulder_pan_position_controller finger1_position_controller joint_state_controller"
  respawn="false" output="screen"/>

  <!-- Robot state publisher -->
  <node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher">
    <param name="publish_frequency" type="double" value="50.0" />
    <param name="tf_prefix" type="string" value="" />
  </node>
</launch>