🛠️ Travaux pratique

🧠 Partie 1 — Comprendre la représentation d’un robot sous ROS 2

Un robot intégré dans l’écosystème ROS 2 est constitué au minimum de deux éléments essentiels :

• 🔧 Un descripteur URDF (Unified Robot Description Format) qui décrit la structure du robot (liens, joints, dimensions…)
• 🧠 Un contrôleur qui permet d’interagir avec les capteurs et actionneurs du robot

🔍 1. Visualisation et compréhension du descripteur URDF

Pour générer et visualiser la structure du robot OpenMANIPULATOR-X, suivez les étapes suivantes :

🛠️ Génération du fichier URDF

💻 Dans un terminal, exécutez :

ros2 run xacro xacro $HOME/ros_workshop_ws/src/open_manipulator/open_manipulator_description/urdf/om_x/open_manipulator_x.urdf.xacro -o /tmp/open_manipulator_x.urdf

📈 Génération de la visualisation de l’arbre URDF

Ensuite, convertissez le fichier en une représentation graphique :

urdf_to_graphiz /tmp/open_manipulator_x.urdf

Un fichier PDF sera généré dans le répertoire courant. Vous pouvez l’ouvrir avec un visualiseur PDF :

evince open_manipulator_x.urdf.pdf

Cela vous permettra d’observer l’arbre des liens et des articulations du robot, utile pour comprendre la cinématique du bras.

🤖 2. Visualisation 3D du robot et de ses articulations

Pour visualiser un modèle interactif du robot dans RViz (ou dans un visualiseur 3D similaire), lancez le fichier suivant :

 ros2 launch open_manipulator_description model_x.launch.py 

Cette commande :

• 📦 Charge la description URDF du robot
• 🧩 Initialise les nœuds nécessaires à la visualisation
• 🖼️ Affiche le robot dans RViz
• 🎛️ Permet de manipuler les joints du robot via des sliders ou par l’envoi de messages ROS

📡 2.a. Explorer les topics publiés par le robot

À l’aide de la commande ros2 topic, explorez les communications du robot.

• Quel est le nom du topic qui publie l’état courant des articulations (positions, vitesses, efforts) ?
• Quel est le type du message transmis par ce topic ?
• À quelle fréquence (en Hz) le robot met-il à jour l’état de ses joints ?

📈 2.b. Tracer la courbe des positions des moteurs en temps réel

🔹 Option 1 — Avec rqt_plot

Lancez l’outil de visualisation graphique intégré à ROS 2 :

ros2 run rqt_plot rqt_plot

Dans le champ de saisie, entrez le nom du topic que vous souhaitez tracer. Pour les positions articulaires, utilisez : /joint_states/position[<indice_du_joint>]

🔢 L’indice dépend de l’ordre des joints dans le message JointState. Par exemple, si joint3 est le quatrième élément, utilisez position[3].

🔹 Option 2 — Avec PlotJuggler

PlotJuggler offre une interface plus puissante et interactive. Pour l’installer :

sudo apt install ros-jazzy-plotjuggler ros-jazzy-plotjuggler-ros

Ensuite :

1. Lancez PlotJuggler depuis votre terminal :

ros2 run plotjuggler plotjuggler

2. Dans l’onglet Streaming, cliquez sur ROS Topic Subscriber et sélectionnez /joint_states, puis appuyez sur Start.

3. Faites glisser les positions des joints sur le graphique pour les visualiser en temps réel.

4. Bougez avec les sliders pour observer l’évolution des valeurs en temps réel.

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🧠 Partie 2 — Manipulation du robot OpenManipulator-X

0. Lancement du robot dans Gazebo

Pour simuler le robot dans l’environnement physique Gazebo, utilisez la commande suivante :

ros2 launch open_manipulator_bringup gazebo.launch.py

Vous devriez voir le robot OpenManipulator-X apparaître dans la scène Gazebo, prêt à être manipulé.

Remarque : Gardez Gazebo ouvert en permanence pour les manipulations à venir.

1. MoveIt avec RViz : planification et exécution

🔄 Cela lance Gazebo avec le robot déjà placé dans la scène, prêt à être manipulé.

Astuce : Téléopération

Vous pouvez contrôler le robot via le clavier avec cette commande :

ros2 run open_manipulator_teleop keyboard_control_x

🤖 Lancement de MoveIt (planification de mouvement)

Pour utiliser MoveIt avec le robot OpenManipulator-X, exécutez :

LC_NUMERIC=en_US.UTF-8 ros2 launch open_manipulator_moveit_config moveit_core.launch.py

Cela ouvre RViz avec MoveIt configuré et prêt à planifier les mouvements du bras manipulateur.

🎮 Interaction avec MoveIt dans RViz

Dans RViz et dans l’onglet MotionPlanning, vous pouvez interagir avec le robot de la manière suivante :

1. Sélectionnez le planning group arm.
2. Déplacez la sphère bleue (goal position/orientation).
3. Cliquez sur Plan pour générer une trajectoire.
4. Cliquez sur Execute pour exécuter le mouvement.

💡 Astuce

Le bouton Plan and Execute permet de faire les deux étapes en un seul clic.

🧪 Explorez :

• Le déplacement du bras du robot en manipulant la sphère bleue.
• Le changement de goal state.
• La modification des joints dans l’onglet Joint States.

❓ Questions d’observation

• 🔘 Que représente le robot gris, parfois mobile mais lent ?
• 🔸 Que représente le robot orange (fixe) ?
• 🔁 Que représente le robot gris qui répète un mouvement rapide ?

✋ Tester la planification du gripper

Vous pouvez aussi planifier le mouvement du gripper via MoveIt :

📌 Étapes :

1. Dans l’onglet Planning, section Query :
2. Définissez le Start state sur current.
3. Définissez le Goal state sur un état du gripper (ouvert / fermé).
4. Sélectionnez le planning group gripper.
5. Cliquez sur Plan, puis Execute.

❓ Questions de compréhension

• 🧩 Quelle est la différence entre les groupes arm et gripper ?
• 🎯 Qu'est-ce qu’un planning group dans MoveIt ?
  • À quoi cela sert-il ?
  • Pourquoi en existe-t-il plusieurs ?

2. 🌐 Visualisation et interrogation de l’arbre des transformations (tf)

💻 Étapes :

1. Lancez MoveIt.
2. Dans un nouveau terminal, exécutez la commande suivante :

ros2 run tf2_tools view_frames

Cela génère un fichier frames.pdf représentant l’arbre des repères (frames) du robot.

🔍 Ce fichier montre les mêmes repères que ceux affichés en rouge-vert-bleu dans RViz. Chaque repère correspond à un élément du robot ou de la scène.

❓ Questions

• Quel est le nom du repère de base du robot ?
• Quels sont les noms des deux repères correspondant aux effecteurs finaux possibles ?
• Quelle est la position actuelle d’un des effecteurs par rapport au repère de base ?

💡 Pour cela, utilisez la commande suivante (en remplaçant les noms de repères) :

ros2 run tf2_ros tf2_echo <repère_base> <repère_effecteur>

Cette commande affiche la transformation (position et orientation) du repère de l’effecteur dans celui de base. Vous pouvez noter les coordonnées de position pour les utiliser ensuite comme cible de planification dans MoveIt.

💻 Partie 3 - Planification avec MoveIt en C++ (OpenManipulator-X)

astuce

Si vous souhaitez utiliser MoveIt avec du code Python, il est recommandé d’utiliser un robot mieux supporté comme le Franka Emika Panda ou l’UR5.

Le bras OpenManipulator-X fonctionne beaucoup mieux avec MoveIt en C++, comme dans la documentation officielle de ROBOTIS.

🎯 Objectif

En vous inspirant de l’exemple C++ disponible ici :
🔗 open_manipulator_playground — GitHub ROBOTIS

Implémentez un programme qui :

1. ⚙️ Initialise l'interface MoveIt pour l’OpenManipulator-X
2. 🎯 Planifie un mouvement de l’effecteur vers une position cible cartésienne
3. 🤖 Exécute le mouvement planifié
4. Faites en sorte que le bras attrape un petit objet fictice placé devant lui.

🧪 Bonus

• Créez un monde Gazebo personnalisé comprenant :

  • une table stable
  • un petit objet à attraper (ex : cube, cylindre…)

• Ajoutez ce monde à votre simulation avec l’OpenManipulator-X, puis :

  • Planifiez un mouvement pour saisir l’objet
  • Optionnel : soulevez-le légèrement pour valider la prise