Minima

Minima是一款五轴舵机机械臂,它的制造相对于工业机械臂来说成本较低。但是作为教育级用途, 我们希望能够通过Minima让大家快速上手并了解机械臂的完整工作流程。

工业机械臂平台架构主要包括机械臂本体、电源供应、控制器、传感器和中央处理器（电脑）。我们的教育机械臂展现了工业机械臂的核心组成部分，但采用了更经济实惠的替代方案：

本页面将指导您完成从环境准备到实际操作Minima的各项流程。

快速导航：

• Minima
  • 用户手册
  • 软件下载
  • ROS配置指南
  • ROS2配置指南
• Minima 示教器
  • Controller
  • Anytroller
  • ROS
  • Kinematics
  • Firmware

用户手册

1. 产品参数

• 精度: ±0.1mm
• 工作电压: 6V DC
• 自由度: 5轴
• 主要材料: ABS (FDM)
• 通讯方式: USB串口/支持wifi,蓝牙拓展
• 电机: 高精度金属舵机
• 最大负载: 500g
• 工作范围: 半径约150mm

2. 装配

请安装详细装配图对机械臂进行安装：下载装配图

请根据电路图对内部电路进行确认和维护: 下载电路图

3. 注意事项

• 使用前请仔细阅读说明书，确保正确连接所有部件。
• 首次使用时，请使用我们的软件进行校准，并确保所有关节运动正常。
• 请勿超过最大负载限制，以免损坏电机或机械结构。
• 在进行任何维护或调整之前，请务必断开电源。
• 使用过程中如遇到异常情况，请先尝试重启机械臂（包括断电重启和软件内重启）。
• 请将机械臂放置在平稳的表面上使用，避免意外跌落。
• 本产品面向青少年和成人，儿童使用时需有成人监督。

如需更多详细信息或技术支持，请联系我们的客户服务团队。

软件下载

如果您不使用电位器控制器，可以下载我们提供的示教器软件来控制 Minima 机械臂。我们为不同操作系统提供了相应的软件版本。

上位机软件下载

• Windows： 下载 Windows 版本
• macOS： 下载 macOS 版本
• Linux： 下载 Linux 版本

使用说明

下载并安装适合您操作系统的版本后，请参考软件内的使用说明进行操作。如遇到任何问题，请查看我们的常见问题解答或联系我们的技术支持。

机械臂主控固件

注意：机械臂主控固件已预先安装在您的机械臂中，用户通常无需自行下载或安装。如果您需要重新安装固件或进行手动更新，可以从以下链接下载最新版本的固件：下载 Minima 机械臂固件

我们建议通过示教器软件自动烧录固件。只需在示教器软件中找到"固件"选项，然后按照提示进行操作烧录最新固件。

ROS

Step 1: 准备您的环境

ROS版本对应固定的Ubuntu版本。本机械臂在Ubuntu 20.04 LTS环境下使用ROS noetic开发,以下说明和教程安装均在ROS noetic下完成。您可以在虚拟机(VirtualBox, Vmware Workstation Pro等)或者物理Ubuntu系统下安装镜像文件。

通常情况下,安装物理的Ubuntu系统是更好的选择,因为在虚拟机中,3D加速和USB设备的支持会受到限制。

注意：您可以在树莓派上安装ROS,但不幸的是,它的性能不足以运行Rviz中的模拟,更不用说Gazebo了。

1. 配置ROS环境。请按照这个快速安装指南在对应Ubuntu版本上安装ROS。您需要依照每一步骤在终端下完成安装。
2. MoveIt!是ROS中用于移动操作的软件包。检查MoveIt!是否正常工作。运行以下命令：

   roslaunch panda_moveit_config demo.launch rviz_tutorial:=true

   如果您愿意,可以按照MoveIt基础教程进行操作。

然后,您可以直接下载我们预处理完成的ROS workspace,其中包括URDF文件和Moveit!配置包。如果想深入了解ROS机械臂配置过程,可以根据以下两步指南进行手动配置。

Step 2: Unified Robot Description Format (URDF)

我们已经为您准备好了Minima的统一机器人描述格式文件。您可以从我们的GitHub仓库下载这个URDF文件。

我们将简要介绍URDF文件的结构和内容,以帮助您更好地理解它,并在将来编写自己的URDF文件时作为参考。

连接(Links)

连接是机器人的各个部分，如手腕或平台。它们具有以下属性：

• 用于在Rviz和Gazebo中进行视觉表示。使用高质量的网格模型。
• 用于路径规划期间的碰撞检查。建议使用低质量的网格模型，但为了教程的目的，我们使用与视觉相同的模型。

关节(Joints)

URDF中的关节是链接之间的连接,描述了它们之间的相对位置和运动方式。它们具有以下属性：

• 关节的旋转方向(沿x、y或z轴)
• 关节的最小和最大角度（以弧度为单位）。仅适用于"revolute"类型的关节（"continuous"类型的关节没有限制，因为它们可以连续旋转）
• 关节相对于原点的位置
• 描述哪两个链接通过该关节连接

使用3D网格模型

如果您使用的是与我相同的机械臂,您需要将机械臂的3D网格模型复制到urdf_tutorial包文件夹中。使用以下命令:

sudo cp <要复制的文件名> /opt/ros/kinetic/share/urdf_tutorial/meshes/

如果您使用自己的网格模型,请确保在将它们导出为二进制STL格式之前,它们在3D建模软件中以原点(xyz 000)为中心。

在Rviz中可视化结果

现在您可以启动Rviz来可视化结果,使用以下命令:

>roslaunch urdf_tutorial display.launch model:=arm.urdf

(从您刚刚创建的URDF文件所在的文件夹中启动)

检查关节和链接，确保它们的旋转和位置完全符合预期。如果一切正常，请继续下一步。

Step 3: 使用MoveIt Setup Assistant创建机器人配置

现在您的URDF文件已经准备好了,是时候将它转换为机器人配置包了。

使用以下命令启动MoveIt Setup Assistant:

>roslaunch moveit_setup_assistant setup_assistant.launch

这个过程在MoveIt官方教程中有非常详细的描述:您可以在这里找到。

创建配置包后:进入您的catkin工作空间文件夹并执行以下命令来构建包:

>catkin make
>source devel/setup.bash

现在您可以使用以下命令启动它：

>roslaunch my_arm_xacro demo.launch rviz_tutorial:=true

其中，您需要将"my_arm_xacro"更改为您的包的名称。

Step 4: 连接控制板至ROS

在我们的案例中,ESP32运行一个带有rosserial的ROS节点将作为机器人控制器。ESP32的代码附加在此步骤中,也可以在GitHub上获取。

在ESP32上运行的ROS节点基本上订阅了在运行MoveIt的计算机上发布的/JointState主题,然后将数组中的关节角度从弧度转换为度,并使用ESP32的PWM功能将它们传递给伺服电机。

这不是工业机器人的标准做法。理想情况下，您应该在/FollowJointState主题上发布运动轨迹,然后在/JointState主题上接收反馈。但在我们的机械臂中,舵机无法提供反馈,所以我们将直接订阅由FakeRobotController节点发布的/JointState主题。我们假设传递给电机的任何角度没有任何误差。

有关rosserial如何工作的更多信息,您可以参考以下教程：

http://wiki.ros.org/rosserial_arduino/Tutorials

将代码上传到ESP32后,您需要使用USB或Wi-Fi将其连接到运行ROS安装的计算机。

使用USB连接至机械臂后,执行以下命令以进行串口通讯:

>roslaunch my_arm_xacro demo.launch rviz_tutorial:=true
>sudo chmod -R 777 /dev/ttyUSB0
>rosrun rosserial_python serial_node.py _port:=/dev/ttyUSB0 _baud:=115200 

现在,您可以使用RVIZ中的交互式标记将机器人手臂移动到某个姿势,然后按下"Plan"和"Execute"，使其实际移动到该位置。

ROS2

Linux环境配置

1. 配置ROS2环境。请按照这个快速安装指南在对应Ubuntu版本上安装ROS2。您需要依照每一步骤在终端下完成安装。
2. MoveIt!是ROS中用于移动操作的软件包。检查MoveIt!是否配置成功。运行以下命令：

   roslaunch panda_moveit_config demo.launch rviz_tutorial:=true

   如果您愿意,可以按照MoveIt基础教程进行操作。
3. 然后,您可以直接下载我们预处理完成的ROS2 workspace,其中包括URDF文件和MoveIt2配置包。
4. 创建配置包后，进入您的工作空间并编译：

   cd ~/ros2_ws
   colcon build
   source install/setup.bash

5. 启动MoveIt2配置:

   ros2 launch my_robot_moveit_config demo.launch.py

6. 在ROS2中，我们使用micro-ROS替代了ROS1中的rosserial。ESP32运行micro-ROS客户端，与ROS2节点进行通信。micro-ROS节点订阅/joint_states话题，将关节角度从弧度转换为度，并通过PWM控制舵机。有关micro-ROS的更多信息，请参考micro-ROS教程。
7. 通过USB物理连接机械臂:

   ros2 launch my_robot_moveit_config demo.launch.py
   sudo chmod 666 /dev/ttyUSB0
   ros2 run micro_ros_agent micro_ros_agent serial --dev /dev/ttyUSB0 -b 115200

8. 现在您可以在RViz2中使用交互式标记控制机械臂，规划并执行运动。

Windows环境配置

1. 配置ROS2环境。在Windows系统下，我们使用Chocolatey包管理器来安装ROS2。
2. 打开拥有管理员权限的命令提示符并输入以下命令来通过Chocolatey安装Python：

   choco install -y python --version 3.8.3

   注意：Chocolatey会将Python安装在C:\Python38目录下，后续安装步骤都假定Python安装在该位置。如果您将Python安装在其他位置，必须将其复制或链接到此位置。

3. 安装Visual C++运行时库。打开命令提示符并输入以下命令通过Chocolatey安装：

   choco install -y vcredist2013 vcredist140

4. 安装OpenSSL：
   1. 从OpenSSL官网下载Win64 OpenSSL v1.1.1t安装包。请注意不要下载Win32或Light版本，也不要下载v3.X.Y版本的安装包。
   2. OpenSSL官网已经不再支持预编译的1.1.1版本。您可在OpenSSL releases下载源码，或使用Chocolatey包管理器（推荐）安装OpenSSL 1.1.1：

      choco install openssl --version=1.1.1.1400

   3. 打开命令提示符，运行以下命令设置环境变量：

      setx /m OPENSSL_CONF "C:\Program Files\OpenSSL-Win64\bin\openssl.cfg"

   4. 将OpenSSL添加到系统PATH：
      • 点击Windows图标，输入"Environment Variables"
      • 点击"编辑系统环境变量"
      • 在弹出的对话框中点击"环境变量"
      • 在下方窗格中选择"Path"变量并点击"编辑"
      • 添加以下路径：C:\Program Files\OpenSSL-Win64\bin\
5. 安装Visual Studio 2019：
   1. 如果您已经安装了Visual Studio 2019的付费版本（Professional或Enterprise），可以跳过此步骤。
   2. Microsoft提供免费的VS 2019 Community版本。您可以通过官方链接下载安装程序。
   3. 确保安装Visual C++功能：
      • 在安装过程中选择"使用C++的桌面开发"工作流
      • 在安装组件列表中取消选择所有C++ CMake工具
6. 安装OpenCV：
   1. 下载预编译的OpenCV 3.4.6版本：
      • 从此链接下载OpenCV 3.4.6
      • 将下载的文件解压到C:\opencv目录
   2. 以管理员权限打开命令提示符，运行以下命令设置环境变量：

      setx /m OpenCV_DIR C:\opencv

   3. 将OpenCV添加到系统环境变量PATH。添加以下路径：C:\opencv\x64\vc16\bin
7. 安装CMake和其他依赖项：
   1. 使用Chocolatey安装CMake：

      choco install -y cmake

   2. 将CMake添加到系统环境变量PATH。添加以下路径：C:\Program Files\CMake\bin
   3. 从ROS2 Chocolatey包发布页面下载以下包：
      • asio.1.12.1.nupkg
      • bullet.3.17.nupkg
      • cunit.2.1.3.nupkg
      • eigen.3.3.4.nupkg
      • tinyxml-usestl.2.6.2.nupkg
      • tinyxml2.6.0.0.nupkg
   4. 以管理员权限打开命令提示符，运行以下命令安装这些包（请将 <PATH\TO\DOWNLOADS> 替换为您下载包的实际路径）：

      choco install -y -s <PATH\TO\DOWNLOADS> asio cunit eigen tinyxml-usestl tinyxml2 bullet

   5. 升级pip和setuptools：

      python -m pip install -U pip setuptools==59.6.0

   6. 安装ROS2所需的Python依赖：

      python -m pip install -U catkin_pkg cryptography empy importlib-metadata jsonschema lark==1.1.1 lxml matplotlib netifaces numpy opencv-python PyQt5 pillow psutil pycairo pydot pyparsing==2.4.7 pyyaml rosdistro

   7. 安装xmllint：
      1. 从 https://www.zlatkovic.com/projects/libxml/ 下载以下64位二进制文件：
         • iconv
         • libxml2
         • zlib
      2. 将所有文件解压到 C:\xmllint 目录
      3. 将xmllint添加到系统环境变量PATH，添加以下路径：C:\xmllint\bin
   8. 安装Qt：
      1. 从Qt官网下载Qt 5.12.X离线安装包
      2. 运行安装程序，在Qt -> Qt 5.12.12目录下选择MSVC 2017 64-bit组件
      3. 以管理员权限打开命令提示符，设置以下环境变量（假设Qt安装在默认位置C:\Qt）：

         setx /m Qt5_DIR C:\Qt\Qt5.12.12\5.12.12\msvc2017_64
         setx /m QT_QPA_PLATFORM_PLUGIN_PATH C:\Qt\Qt5.12.12\5.12.12\msvc2017_64\plugins\platforms

         注意：根据实际安装的MSVC版本、Qt安装目录和Qt版本，以上路径可能需要调整。

   9. 安装Graphviz：
      1. 从Graphviz官网下载Windows安装包
      2. 运行安装程序，在安装过程中选择将Graphviz添加到系统PATH（可以选择"当前用户"或"所有用户"）

      注意：Graphviz是运行rqt_graph所必需的依赖项。

   10. 下载并安装ROS2：
       1. 访问ROS2发布页面
       2. 下载最新的Windows安装包（例如：ros2-package-windows-AMD64.zip）

          注意：可能会有多个二进制下载选项，文件名可能会有所不同。

       3. 将下载的zip文件解压到指定目录（例如：C:\dev\ros2_humble）
   11. 设置ROS2环境：
       1. 打开命令提示符，运行以下命令来设置ROS2工作空间：

          call C:\dev\ros2_iron\local_setup.bat

          注意：如果命令执行后出现一次"系统找不到指定的路径"的提示是正常现象，只要没有其他错误即可。

       若您仍然遇到问题请尝试运行这个脚本修复环境和安装确实的依赖

Minima示教器

Minima示教器是Minima机械臂的配套软件，提供直观的图形界面来控制机械臂。它包含以下主要功能模块：

• Controller控制器 - 核心控制模块，提供基础的机械臂控制功能
• Anytroller通用控制器 - 提供任意机械臂的控制接口
• ROS接口 - 与ROS系统的集成接口
• 运动学模块 - 处理机械臂正逆运动学计算和扩展应用
• 固件管理 - 机械臂固件的更新与管理

Anytroller

初始化配置

控制功能

ROS接口

ROS配置

运动学模块

固件管理

基本配置

烧录参数

固件更新

Change Log

• 版本 1.2 (2024-10-21)
  • 新增运动学模块，支持机械臂的正向和逆向运动学计算
  • UI界面优化
• 版本 1.1 (2023-09-21)
  • 新增Anytroller模块, 支持自定义机械臂控制
  • 新增固件管理界面
  • 优化机械臂控制模式和ROS模式间的切换
• 版本 1.0 (2024-09-10)
  • Minima示教器软件正式版发布
  • 新增ROS集成功能
  • 优化了Controller的用户界面
  • 修复了一些已知的稳定性问题
• 版本 1.0-beta (2024-09-01)
  • Minima示教器软件测试板发布
  • 包含Controller基本功能