gazebo添加末端六维力传感器

建立六维力矩传感器模型
将传感器拼接到机器人模型
配置传感器gazebo参数

常用的机器人只支持位置控制，但实际运用中，却对末端力控制有迫切的需求，其中一种常用的方法是基于位置的阻抗控制（也称为导纳控制）实现对末端的力控。该方法只需要增加一个末端六维力传感器，就能实现机械臂的力柔顺控制，在现实中很容易实现，但是在gazebo中没有提供专用的末端六维力传感器模块，这个问题困扰了我很久。
为了解决这个问题，我让实验室的师弟专门研究了一段时间，结果他直接采用关节传感器(ros_control中提供了关节传感的控制器模块），最后成功采集了末端六维力。
末端六维力传感器添加步骤：

1 建立传感器URDF模型
2 将模型拼接到机器人末端
3 在××.gazebo中配置传感器

建立六维力矩传感器模型

首先绘制六维力传感器三维模型，例如用SolidWorks绘制，让后采用插件导出URDF格式的模型，具体的导出方法参照Solidworks模型转换到URDF格式并配置Moveit的详细教程,本文导出如下

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!-- This URDF was automatically created by SolidWorks to URDF Exporter! Originally created by Stephen Brawner (brawner@gmail.com) Commit Version: 1.5.0-0-g9aa0fdb  Build Version: 1.5.7004.21443For more information, please see http://wiki.ros.org/sw_urdf_exporter -->
<robotname="my_sensor"><linkname="sensor_link"><inertial><originxyz="5.187E-06 8.9595E-06 0.011516"rpy="0 0 0" /><massvalue="0.10567" /><inertiaixx="7.1441E-05"ixy="1.6499E-08"ixz="-4.9269E-09"iyy="7.146E-05"iyz="-8.5336E-09"izz="0.00013366" /></inertial><visual><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://my_arm/meshes/sensor_link.STL" /></geometry><materialname=""><colorrgba="0.79216 0.79216 0.79216 1" /></material></visual><collision><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://my_arm/meshes/sensor_link.STL" /></geometry></collision></link><jointname="sensor_joint"type="revolute"><originxyz="0 0 0.192"rpy="0 0 0.12101" /><parentlink="Link7" /><childlink="sensor_link" /><axisxyz="0 0 1" /><limitlower="0"upper="0"effort="0"velocity="0" /><safety_controllerk_velocity="0" /></joint>
</robot>

如上所示，六维力传感器可以看做连杆和关节的组合体，关节的parent连杆采用需要连接传感器的机械臂对应连杆，child连杆采用自己绘制的传感器。需要注意的是，这中建模并不是准确的等效建模，若想要更高的建模精度，传感器需要建模为两个连杆和一个关节的组合体，尺寸和实际传感器完全一致。

<parentlink="Link7" />
<childlink="sensor_link" />

将传感器拼接到机器人模型

直接将外观文件sensor_link.STL粘贴到对应机器人模型文件的mesh文件中，将URDF粘贴到对应添加的位置即可，注意两个连杆之间需要用关节连接，如果不是实际关节，可以将关节设置为固定实现。如采用两个连杆和一个关节的组合体建模的传感器，传感器与机器人连杆连接处关节必须设置为固定。机器人的gazebo配置可参照ROS中gazebo配置教程详解

<linkname="Link7"><inertial><originxyz="2.7283E-15 -5.3659E-09 0.18582"rpy="0 0 0" /><massvalue="0.10414" /><inertiaixx="5.1163E-05"ixy="6.3527E-20"ixz="8.2388E-21"iyy="5.1163E-05"iyz="-3.3915E-21"izz="9.972E-05" /></inertial><visual><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://armc_description/meshes/Link7.STL" /></geometry><materialname=""><colorrgba="0.89804 0.91765 0.92941 1" /></material></visual><collision><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://armc_description/meshes/Link7.STL" /></geometry></collision></link><jointname="Joint7"type="revolute"><originxyz="0 0 0"rpy="1.5708 0 0" /><parentlink="Link6" /><childlink="Link7" /><axisxyz="0 0 1" /><limitlower="0"upper="0"effort="0"velocity="0" /><safety_controllerk_velocity="0" /></joint><linkname="sensor_link"><inertial><originxyz="5.187E-06 8.9595E-06 0.011516"rpy="0 0 0" /><massvalue="0.10567" /><inertiaixx="7.1441E-05"ixy="1.6499E-08"ixz="-4.9269E-09"iyy="7.146E-05"iyz="-8.5336E-09"izz="0.00013366" /></inertial><visual><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://armc_description/meshes/sensor_link.STL" /></geometry><materialname=""><colorrgba="1 0 0 1" /></material></visual><collision><originxyz="0 0 0"rpy="0 0 0" /><geometry><meshfilename="package://armc_description/meshes/sensor_link.STL" /></geometry></collision></link><jointname="sensor_joint"type="revolute"><originxyz="0 0 0.192"rpy="0 0 0.12101" /><parentlink="Link7" /><childlink="sensor_link" /><axisxyz="0 0 1" /><limitlower="0"upper="0"effort="0"velocity="0" /><safety_controllerk_velocity="0" /></joint>

配置传感器gazebo参数

在ros_control中，关节传感器在controller中有独立的功能包force_torque_sensor_controller，完全可以和关节控制器一样的方法启动，但是为了更简单的启动传感器，本文提供了一种更简单的方法，直接在××.gazebo中配置。

<?xml version="1.0"?>
<robot>
<!--设置传感器外观--><gazebo reference="sensor_link"><material>Gazebo/Red</material><mu1 value="10.0"/><mu2 value="10.0"/><kp value="0.3" /><kd value="1.0" /><fdir1 value="1 0 0"/><gravity value="true"/>
</gazebo>
<!--机器人控制器-->
<gazebo><plugin name="gazebo_ros_control" filename="libgazebo_ros_control.so"><robotNamespace>armc</robotNamespace><robotSimType>gazebo_ros_control/DefaultRobotHWSim</robotSimType><legacyModeNS>true</legacyModeNS></plugin>
</gazebo><!--对关节设置反馈为真-->
<gazebo reference="sensor_joint"><provideFeedback>true</provideFeedback>
</gazebo>
<!-- 添加ft_sensor插件 -->
<gazebo><plugin name="ft_sensor" filename="libgazebo_ros_ft_sensor.so"><updateRate>100.0</updateRate><topicName>ft_sensor_topic</topicName><jointName>sensor_joint</jointName></plugin>
</gazebo>
</robot>

如上所示：在传感器插件中设置了传感器的采集频率和反馈话题名称

<updateRate>100.0</updateRate>
<topicName>ft_sensor_topic</topicName>

配置总结：

1 传感器是关节传感器，必须依附于关节
2 对应关节是否反馈设置为真
3 添加传感器插件，并设置话题名和反馈频率

实际效果图：红色部分为末端六维力传感器
采用rostopic list可以检测到已经获得力传感器的话题：/ft_sensor_topic

d@f:~$ rostopic list
/armc/joint_positions_controller/command
/armc/joint_states
/clock
/ft_sensor_topic
/gazebo/link_states
/gazebo/model_states
/gazebo/parameter_descriptions
/gazebo/parameter_updates
/gazebo/set_link_state
/gazebo/set_model_state
/gazebo_gui/parameter_descriptions
/gazebo_gui/parameter_updates
/joint_states
/rosout
/rosout_agg
/tf
/tf_static

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