AMD Kria? KR 260套件+ROS 2快速開發(fā)機(jī)器人解決方案

在這個項目中，我們將配置AMD Kria? KR 260機(jī)器人入門套件來控制Trossen Robotics ReactorX 150機(jī)器人手臂。這個復(fù)雜的機(jī)器人手臂使用ROBOTIS ? IXEL伺服系統(tǒng)，其中不僅包含電機(jī)，還包含微控制器和網(wǎng)絡(luò)功能。雖然這使得機(jī)器人應(yīng)用所需的復(fù)雜電機(jī)驅(qū)動成為可能，但這也意味著每個伺服系統(tǒng)都有幾個不同的驅(qū)動和控制機(jī)制。通常，當(dāng)使用這種復(fù)雜的伺服和機(jī)器人應(yīng)用時，需要大量的處理來規(guī)劃和解決機(jī)器人運動。

為了與這些機(jī)器人進(jìn)行交互和控制，工程師們經(jīng)常使用運行在Linux上的機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）。最常用的ROS版本是ROS 2，它更新了ROS框架和工具，以與更廣泛的環(huán)境一起工作，提供對實時環(huán)境的支持，并使用顯著更新的API。ROS 2為開發(fā)人員提供了硬件驅(qū)動程序、機(jī)器人模型、數(shù)據(jù)庫等功能，并支持感知和同步定位與地圖（SLAM）。ROS 2還提供了一系列工具來幫助系統(tǒng)的開發(fā)或操作，例如提供3D可視化的RViz和模擬器Gazebo。

ROS 2是圍繞圖架構(gòu)構(gòu)建的;在此架構(gòu)中，處理發(fā)生在可以接收和發(fā)布有關(guān)節(jié)點的數(shù)據(jù)的節(jié)點中，例如傳感器，控制，規(guī)劃，執(zhí)行器定位或當(dāng)前狀態(tài)。節(jié)點通過主題連接在ROS圖上，主題是節(jié)點可以發(fā)布數(shù)據(jù)和接收信息的通信管道。沿著節(jié)點和主題，節(jié)點還可以廣告服務(wù)。這些服務(wù)具有單一結(jié)果，例如捕獲視頻幀、對傳感器進(jìn)行采樣或打開執(zhí)行器。

物料清單

AMD Kria? KR 260機(jī)器人入門套件

顯示器與DisplayPort?兼容

USB鍵盤和鼠標(biāo)

ROBOTIS ReactorX In150機(jī)械臂

資源

適用于AMD Kria? KR 260機(jī)器人入門套件（Ubuntu）的Ubuntu Linux發(fā)行版映像

AMD Kria KR260機(jī)器人入門套件（AMD）

VcXsrv Windows X Server Files文件

軟件Setup

在本項目中，我們將在AMD Kria? KR 260機(jī)器人入門套件上安裝Trossen Robotics軟件包和ROS 2，這將使您能夠控制機(jī)器人手臂。

安裝Ubuntu

首先下載并安裝AMD Kria? KR 260套件的Ubuntu Linux發(fā)行版映像，該映像可在參考資料部分找到。映像可用后，按照AMD在參考資料部分的Kria KR 260機(jī)器人入門套件入門中提供的說明將映像閃存到SD卡。

一旦您成功啟動AMD Kria KR 260套件，您將需要更新Ubuntu安裝，以確保我們可以正確安裝ROS 2。

安裝resolvconf。

sudo apt update

sudo apt install resolvconf

安裝resolvconf后，確保它正在運行。

sudo systemctl status resolvconf.service

確認(rèn)服務(wù)正在運行后，添加首選DNS服務(wù)器。在這個例子中，我們使用Google DNS。

echo "nameserver 8.8.8.8" | sudo tee -a /etc/resolvconf/resolv.conf.d/head

echo "nameserver 8.8.4.4" | sudo tee -a /etc/resolvconf/resolv.conf.d/head

由于我們進(jìn)行了更改，因此需要重新啟動服務(wù)。

sudo systemctl restart resolvconf.service

sudo systemctl restart systemd-resolved.service

防止KR260上的Ubuntu進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

sudo gsettings set org.gnome.desktop.session idle-delay 0

sudo systemctl mask suspend.target

安裝ROS 2

為了安裝ROS 2和控制Trossen Robotics X系列手臂的軟件包，我們將稍微修改Raspberry Pi的指令，Raspberry Pi與AMD Kria? KR 260套件一樣，使用Arm64（aarch64）指令集架構(gòu)。

Trossen的庫支持的最新版本的ROS 2是ROS 2 Humble。使用以下命令安裝ROS 2和Trossen庫：

cd ~

sudo apt install curl

curl 'https://raw.githubusercontent.com/Interbotix/interbotix_ros_manipulators/main/interbotix_ros_xsarms/install/rpi4/xsarm_rpi4_install.sh' > xsarm_rpi4_install.sh

sed -i 's/sudo apt-get update && sudo apt -y upgrade/sudo apt-get update/g' xsarm_rpi4_install.sh

chmod +x xsarm_rpi4_install.sh

./xsarm_rpi4_install.sh -d humble -j rx150

演示應(yīng)用程序

在AMD Kria? KR 260套件上安裝ROS 2后，我們將運行其中一個提供的演示應(yīng)用程序。在KR260上打開兩個終端窗口。

在第一個終端窗口中，輸入以下命令：

ros2 launch interbotix_xsarm_control xsarm_control.launch.py robot_model:=rx150

在第二個終端中，輸入以下命令：

python3 /home/ubuntu/interbotix_ws/src/interbotix_ros_manipulators/interbotix_ros_xsarms/interbotix_xsarm_control/demos/python_ros2_api/bartender.py

這將運行一個演示機(jī)器人手臂控制的應(yīng)用程序。

演示細(xì)分

通過檢查這個應(yīng)用程序中的代碼，我們可以看到如何使用Python編程語言控制手臂。首先，我們需要從安裝的InterbotiX庫導(dǎo)入InterbotixManipulatorXS arm包。為此，請輸入以下命令：from interbotix_xs_modules.arm import InterbotixManipulatorXS

安裝這些包后，我們可以開始創(chuàng)建使用Python應(yīng)用程序操縱手臂的應(yīng)用程序。

查看示例代碼，我們可以看到我們要做的第一件事是使用機(jī)器人的參數(shù)、模型、類型及其末端效應(yīng)器對其進(jìn)行初始化。

定義了機(jī)器人（在代碼中顯示為bot）后，應(yīng)用程序首先檢查機(jī)器人是否具有用于演示的正確關(guān)節(jié)數(shù)。一旦確認(rèn)機(jī)器人適合演示，就可以使用幾個Python命令來控制機(jī)器人，這些命令可以根據(jù)需要設(shè)置姿勢或單個位置。也可以使用Python調(diào)用打開和關(guān)閉夾持器。

bot = InterbotixManipulatorXS("rx150", "arm", "gripper")

if (bot.arm.group_info.num_joints < 5):

print('This demo requires the robot to have at least 5 joints!')

sys.exit()

bot.arm.set_ee_pose_components(x=0.3, z=0.2)

bot.arm.set_single_joint_position("waist", np.pi/2.0)

bot.gripper.open()

bot.arm.set_ee_cartesian_trajectory(x=0.1, z=-0.16)

bot.gripper.close()

最后，演示結(jié)束時，安全地將機(jī)器人定位到原位。

bot.arm.go_to_home_pose()

bot.arm.go_to_sleep_pose()

了解了這一點，我們可以開始創(chuàng)建自己的自定義應(yīng)用程序，如本視頻所示。但首先，我們需要能夠在AMD Kria? KR 260板上遠(yuǎn)程開發(fā)應(yīng)用程序。

遠(yuǎn)程開發(fā)

為了開發(fā)我們的遠(yuǎn)程應(yīng)用程序，我們將在開發(fā)機(jī)器上使用Visual Studio Code。我們在開發(fā)機(jī)器上使用Visual Studio Code創(chuàng)建的Python應(yīng)用程序?qū)⑽挥贏MD Kria? KR 260套件的文件系統(tǒng)中。這樣做的好處是不需要連接顯示器、鍵盤或鼠標(biāo)，因為我們可以從開發(fā)環(huán)境訪問所有內(nèi)容。

我們還希望能夠在開發(fā)應(yīng)用程序時（在模擬模式或?qū)嶋H執(zhí)行中）遠(yuǎn)程查看機(jī)器人手臂的可視化。

要啟用遠(yuǎn)程開發(fā)和可視化，我們必須建立SSH連接并啟用X11轉(zhuǎn)發(fā)。

使用Windows Powershell通過以下命令安裝OpenSSH。

Get-WindowsCapability -Online | Where-Object Name -like 'OpenSSH*'

# Install the OpenSSH Client

Add-WindowsCapability -Online -Name OpenSSH.Client~~~~0.0.1.0

# Install the OpenSSH Server

Add-WindowsCapability -Online -Name OpenSSH.Server~~~~0.0.1.0

# Start the sshd service

Start-Service sshd

# OPTIONAL but recommended:/code>

Set-Service -Name sshd -StartupType 'Automatic'

# Confirm the Firewall rule is configured. It should be created automatically by setup. Run the following to verify

if (!(Get-NetFirewallRule -Name "OpenSSH-Server-In-TCP" -ErrorAction SilentlyContinue | Select-Object Name, Enabled)) {

Write-Output "Firewall Rule 'OpenSSH-Server-In-TCP' does not exist, creating it..."

New-NetFirewallRule -Name 'OpenSSH-Server-In-TCP' -DisplayName 'OpenSSH Server (sshd)' -Enabled True -Direction Inbound -Protocol TCP -Action Allow -LocalPort 22

} else {

Write-Output "Firewall rule 'OpenSSH-Server-In-TCP' has been created and exists."

}

安裝OpenSSH后，使用以下命令創(chuàng)建一個密鑰。

ssh-keygen

默認(rèn)情況下，系統(tǒng)將保存密鑰到C:Users/.ssh/id_rsa.

使用以下命令交換密鑰。

type $env:USERPROFILE.sshid_rsa.pub | ssh ubuntu@ "cat >> .ssh/authorized_keys"

要從Visual Studio Code建立SSH連接，我們必須首先從擴(kuò)展安裝遠(yuǎn)程SSH選項（圖1）。

圖1：SSH遠(yuǎn)程連接應(yīng)用程序。（來源：貿(mào)澤電子）

安裝完成后，我們可以連接到AMD Kria KR 260板（圖2），這將允許我們在KR 260文件系統(tǒng)中遠(yuǎn)程開發(fā)應(yīng)用程序。

圖2：建立SSH遠(yuǎn)程連接。（來源：貿(mào)澤電子）

為了能夠使用X11轉(zhuǎn)發(fā)，我們必須首先在我們的開發(fā)機(jī)器上安裝cXsrv Windows X Server（在參考資料部分中提供）。運行X服務(wù)器并按照圖3-6所示進(jìn)行配置。

圖三：X服務(wù)器顯示設(shè)置。（來源：貿(mào)澤電子）

圖4：X Server客戶端啟動設(shè)置。（來源：貿(mào)澤電子）

圖5：X服務(wù)器額外設(shè)置。（來源：貿(mào)澤電子）

圖6：X服務(wù)器已完成配置。（來源：貿(mào)澤電子）

通過在開發(fā)計算機(jī)上的命令窗口中運行以下命令連接到顯示器：

set DISPLAY=127.0.0.1:0.0

然后，我們可以啟動與AMD Kria KR 260板的SSH連接，并開始開發(fā)機(jī)器人應(yīng)用程序。

ssh -Y @

當(dāng)它運行時，機(jī)械臂將移動，您將在X Server上看到此移動的可視化效果（圖7）。

圖7：X Server機(jī)械臂可視化（來源：貿(mào)澤電子）

結(jié)束

機(jī)器人可能很復(fù)雜。在這個項目中，我們已經(jīng)看到AMD Kria? KR 260套件可以使用ROS 2快速開發(fā)機(jī)器人解決方案。KR260能夠加速可編程邏輯元件內(nèi)的功能，或在可編程邏輯內(nèi)集成其他系統(tǒng)控制元件，如時間敏感網(wǎng)絡(luò)。

AMD和AMD箭頭徽標(biāo)、Kria及其組合是Advanced Micro Devices，Inc.的商標(biāo)。本文中使用的其他產(chǎn)品名稱僅用于識別目的，可能是其各自所有者的商標(biāo)。

作者：Adam Taylor for Mouser Electronics

審核編輯 黃宇