ROS기반 액추에이터 제어

ROS기반으로 객체를 추적하기 위해서는 액추에이터에 적절한 속도를 전달해 줄 수 있어야 한다. 이와 관련된 내용을 정리해 본다. 본 글에서는 많이 활용되는 다이나믹셀을 활용한다.

1. 개요
이 글은 다음 글을 참고하였다.

• ROS dynamixel overview
• ROS dynamixel tutorial overview
• ROS dynamixel tutorial
• Head tracking
• Creating join position
• Dynamixel connection 설명

1. 액추에이터
본 글에서 사용하는 액추에이터는 다이나믹셀(dynamixel) AX-12W이다. 이에 대한 상세한 설명은 아래 링크를 참고 하길 바란다.

• 감속기란
• Dynamixel Servo Manual
• Dynamixel Servo

간단히 말해, AX-12W는 저렴한 감속기, 제어기 및 네트워크 기능을 하나로 패키징한 액추에이터이다. 보통, 서보 모터로 감속기, 제어기 및 네트워크 기능을 포함하려면, 아두이노와 같은 별도의 보드를 붙여, 이런 것들을 구현해야 한다. 이를 패키징했다고 생각하면 된다. 

무게는 52.9g, 사용 전압은 9~12V (11.1V 권장), 프로토콜은 시리얼 통신을 사용하며, 위치센서로 Potentiometer가 사용된다. 

2. OpenCM

AX-12W를 구동하기 위해서, OpenCM 보드를 사용한다. 이 보드는 로보티즈에서 개발된 아두이노와 유사한 보드이며, 개발 IDE역시, 아두이노 IDE와 매우 유사하다.

2. ROS 패키지 설명
ROS Robotis Dynamixel 패키지는 AX-12, AX-18, RS-24, RX-28, MX-28, RX-64, MX-64, EX-106, MX-106 모델을 지원한다.

소스는 github에서 다운로드 가능하다.
https://github.com/arebgun/dynamixel_motor.git

설치는 다음과 같다.
sudo apt-get install ros-indigo-dynamixel-motor

최신버전 체크는 다음과 같다.
git clone https://github.com/arebgun/dynamixel_motor.git

이 패키지의 노드에서 지원하는 서비스는 다음과 같다. 상세 내용은 wiki와 API 를 참고한다.

• RestartController
• SetComplianceMargin
• SetCompliancePunch
• SetComplianceSlope
• SetSpeed
• SetTorqueLimit
• StartController
• StopController
• TorqueEnable

2. 튜토리얼
1. 패키지를 생성한다.

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg my_dynamixel_tutorial dynamixel_controllers std_msgs rospy roscpp

다이나믹셀은 /dev/ttyUSB0 시리얼포트에 연결되었다고 가정한다.

2. 먼저, 모터 연결 및 피드백 데이터(예 - 현재 위치, 목표 위치, 에러 등등)를 publish하기 위해, 제어기 관리자(controller manager)를 시작할 필요가 있다. 간단한 방법은 launch 파일에 관련 파라메터를 설정하는 것이다. controller_manager.launch 파일에 다음 텍스트를 붙여 넣는다.

https://ua-ros-pkg.googlecode.com/svn/stacks/dynamixel_motor/tags/fuerte/dynamixel_tutorials/launch/controller_manager.launch

<!-- -*- mode: XML -*- -->

<launch>
    <node name="dynamixel_manager" pkg="dynamixel_controllers" type="controller_manager.py" required="true" output="screen">
        <rosparam>
            namespace: dxl_manager
            serial_ports:
                pan_tilt_port:
                    port_name: "/dev/ttyUSB0"
                    baud_rate: 1000000
                    min_motor_id: 1
                    max_motor_id: 25
                    update_rate: 20
        </rosparam>
    </node>
</launch>

baud rate 등을 정확히 설정한다. 만약 RX-28 모터라면, 57142로 설정해야 한다.

이제 다음과 같은 출력을 볼 수 있다.
[INFO] [WallTime: 1295282870.051953] pan_tilt_port: Pinging motor IDs 1 through 25...
[INFO] [WallTime: 1295282870.103676] pan_tilt_port: Found 4 motors - 4 AX-12 [4, 5, 6, 13], initialization complete. 

3. 모터 피드백 확인
토픽을 확인한다.
rostopic list

그럼 다음과 같이 출력될 것이다.
/motor_states/pan_tilt_port
/rosout
/rosout_agg

다음과 같이 입력한다.
rostopic echo /motor_states/pan_tilt_port

AX-12라면, 다음과 같이 출력된다.
motor_states:
motor_states:
  -
    timestamp: 1351555461.28
    id: 4
    goal: 517
    position: 527
    error: 10
    speed: 0
    load: 0.3125
    voltage: 12.4
    temperature: 39
    moving: False
  -
    timestamp: 1351555461.28
    id: 5
    goal: 512
    position: 483
    error: -29
    speed: 0
    load: 0.0
    voltage: 12.6
    temperature: 40
    moving: False

다음 튜토리얼도 시도해 본다.

1. Creating a joint controller
   This tutorial describes how to create a joint controller with one or more Robotis Dynamixel motors.
2. Creating a dual joint position controller
   This tutorial describes how to create a dual joint position controller with a Robotis Dynamixel motors.
3. Creating a joint torque controller
   This tutorial describes how to create a joint torque controller with a Robotis Dynamixel motor.
4. Creating a dual joint torque controller
   This tutorial describes how to create a dual joint torque controller with a Robotis Dynamixel motors.
5. Creating a dynamixel action client controller
   This tutorial describes how to create a joint controller with one or more Robotis Dynamixel motors.

2. Dynamixel for Arduino기반 다이나믹셀 제어

다음 링크에서 라이브러리를 다운로드 받고, 아두이노 라이브러리에 설치한다.

• Dynamixel for Arduino 라이브러리

상세 내용은 여기를 참고한다.
라이브러리 함수 설명은 여기를 참고한다.
아두이노와 다이나믹셀 연결 방법은 여기를 참고한다.
74LS241칩을 이용한 RX, TX연결 방법은 여기를 참고한다.
다이나믹셀 구조는 여기를 참고한다.

예제를 실행해 본다.

기타 예제는 다음을 참고한다.

• AX-12 and Flex force sensor & library download
• Dynamixel serial library download#1 or #2
• Dynamixel AX-12A and Arduino: how to use the Serial Port

3. 결론

OpenCM은 가끔 드라이버가 제대로 설치안된다던지 하는 문제가 있을 수 있다. 이 경우, 가지고 있는 아두이노 보드를 이용해, 다이나믹셀을 제어해 볼 수 있다.