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tl;dr：如何使用 ROS MoveIt 向 6 DOF 机器人手臂发送“移动到（x、y、z、roll、pitch、yaw）”命令？

我正在尝试使用 Python 移动组接口控制带有 ROS 和 MoveIt 的 Universal Robots UR5 6 自由度机械臂。我缺少基本的“如何将机器人末端执行器发送到这一点”控制。我将“末端执行器”解释为机器人的“手”。直观地说，我想使用以下方法使末端执行器移动：

pose_goal.position.x = x_coordinate # x, y, z, r, p, y are in a fixed reference frame
pose_goal.position.y = y_coordinate
pose_goal.position.z = z_coordinate
pose_goal.orientation.roll = roll_angle
pose_goal.orientation.pitch = pitch_angle
pose_goal.orientation.yaw = yaw_angle

move_group.set_pose_target(pose_goal)
plan = move_group.go(wait=True)

但是，geometry_msgs.msg.Pose() 对象需要格式为 (x, y, z, w) 的四元数。

我做过/研究的一些事情：

其他一些信息：

  • 在 Ubuntu 18.04 上运行 ROS Melodic
  • 在 RViz 和 Gazebo 中模拟 UR5 机械臂但也有物理手臂

问题

  • 我的研究表明，形式为 (x, y, z, w) 的四元数仅描述 3D 空间中的旋转。如果只获取旋转信息，机器人如何知道要移动到哪个位置？
  • 我可以从 (x, y, z, roll, pitch, yaw) 转换为四元数吗？还是那些描述了两种不同的事物？
  • 是否必须对四元数进行归一化以使平方和等于 1？如果是这样，我怎样才能告诉我的机器人手臂去空间中的一个物理点，比如（0.5m，0.3m，0m）？
  • 有人可以提供用四元数（4D）描述旋转（3D）的外行术语解释吗？
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我的研究表明，形式为 (x, y, z, w) 的四元数仅描述 3D 空间中的旋转。如果只获取旋转信息，机器人如何知道要移动到哪个位置？

正确，四元数仅描述框架的方向；您还需要指定框架的位置才能拥有完整的姿势。四元数只是描述物体方向的另一种方式，正如您已经提到的，另一种方式是使用欧拉角（Yaw，Pitch，Roll）。

对于您的对象，您需要通过设置,和组件（即机器人在 3D 空间中的位置）pose_goal来指定所需/目标机器人姿势的位置，然后还指定所需/目标机器人的方向通过使用四元数记法、和来设置姿势（请注意，四元数和部分四元数与您的位置向量不一样，它们是不同的东西）。一旦你定义了两者并完成了，你就有了一个完整的姿势，你可以发送到 MoveIt！计划和执行。xyzpose_goal.positionwxyzpose_goal.orientationxyzpose_goal.positionpose_goal.orientation

我可以从 (x, y, z, roll, pitch, yaw) 转换为四元数吗？还是那些描述了两种不同的事物？

在这里，x, y, z是您的位置向量，它与方向（因此与四元数）无关，所以您的问题应该是，“我可以将欧拉角（滚动、俯仰、偏航）转换为四元数吗？” 答案是，是的，您可以将欧拉角转换为四元数，但这可能很棘手。如果您可以使用四元数表示方向（即，如果您已经拥有此信息），您应该使用它，因为四元数在数值上更加稳健并且它们不会受到奇点的影响（例如，欧拉角可能会导致万向节锁定，在特定的配置您的系统会失去一定的自由度）。

如果您可以访问四元数，请使用它并忘记欧拉角，否则您可能想尝试使用 ROS 的tf库使用以下方式将欧拉角转换为四元数：

from tf.transformations import quaternion_from_euler

# Pose Position
pose_goal.position.x = x_coordinate
pose_goal.position.y = y_coordinate
pose_goal.position.z = z_coordinate

# Pose Orientation
quaternion = quaternion_from_euler(roll_angle, pitch_angle, yaw_angle)

pose.orientation.x = quaternion[0]
pose.orientation.y = quaternion[1]
pose.orientation.z = quaternion[2]
pose.orientation.w = quaternion[3]

move_group.set_pose_target(pose_goal)
plan = move_group.go(wait=True)

查看tf.transformations.quaternion_from_euler(ai, aj, ak, axes='sxyz'), ai,aj分别ak是 roll, pitch 和 yaw 的位置，axes参数定义了角度应用的顺序（这非常重要）

（我自己没有测试过，但可能值得努力）

有人可以提供用四元数（4D）描述旋转（3D）的外行术语解释吗？

四元数有点复杂，但这里有一个很棒的视频以交互方式解释它们。一般来说，根据我的经验，四元数一开始可能有点令人沮丧，你可能会发现一开始很难掌握这个概念，所以在研究它们时要记住这一点并耐心等待！

于 2020-03-24T22:10:38.373 回答