使用 ROS 2 MoveIt 和 NVIDIA Isaac Sim 创建逼真的机器人模拟

MoveIt 是一个机器人控制平台，包括了运动规划、操纵、3D 感知、运动学、控制和导航方面的最新技术。PickNik Robotics 是进行 MoveIt 开发的公司，该公司正在探索在内部研发项目中使用 NVIDIA Isaac Sim。项目的目标是提高对操纵的感知，并通过 PickNik 的商业机器人开发平台 MoveIt Studio 让机器人具有更自主的行为。

本文展示了将 MoveIt 2 与 NVIDIA Isaac Sim 中模拟的机器人进行集成的过程。本教程需要一台安装了 Isaac Sim 2022.2.0 的电脑，以及如下所列的系统配置。请参阅 NVIDIA Isaac Sim documentation （https://docs.omniverse.nvidia.com/app_isaacsim/app_isaacsim/overview.html）了解具体的安装细节和要求。

1、NVIDIA Isaac Sim 2022.2.0 安装于 Ubuntu 20.04 主机上。默认位置为$HOME/.local/share/ov/pkg/isaac_sim-2022.2.0目录。

2、安装 Docker。

3、克隆 MoveIt2 教程，以构建一个基于 Ubuntu 22.04 Humble 的 Docker 镜像，该镜像可以与 Isaac Sim 通信并运行本教程。

ros2 _ control 介绍

要执行 MoveIt 计算的轨迹，建议使用 ros2_control 框架进行管理并与您的机器人通信（无论真实的还是模拟的）。这种方法为开发人员提供了一个通用的 API，使软件能够通过简单地更改一些启动参数，在许多不同的机器人类型和内置传感器之间切换。

例如，Panda 机器人ros2_control.xacro使用标志use_fake_hardware在被模拟或连接到物理机器人之间切换，如下所示：

 if value="${use_fake_hardware}">
  mock_components/GenericSystem
 if>
 "${use_fake_hardware}">
  franka_hardware/FrankaHardwareInterface
  "robot_ip">${robot_ip}
 

硬件元件可以是不同类型的。插件mock_components/GenericSystem是一个简单的系统，用于转发输入的 command_interface 要跟踪的节点值 state_interface。该系统模拟了对节点的完美控制。

为了将机器人的配置扩展到 Isaac Sim ，首先需要引入 topic_based_ros2_control。此硬件接口是一个订阅和发布已配置主题的系统。对于本教程，topic /isaac_joint_states 将包含机器人的当前状态，并且 将使用 /isaac_joint_commands 进行驱动 。

本教程中使用的 moveit_resources_panda_moveit_config 不支持连接到硬件。因此当标志 ros2_control_hardware_type 设置为 isaac 时，表示ros2_control.xacro已更新并装载 TopicBasedSystem 插件。

if value="${ros2_control_hardware_type == 'mock_components'}">
  mock_components/GenericSystem
if>
if value="${ros2_control_hardware_type == 'isaac'}">
  topic_based_ros2_control/TopicBasedSystem
  "joint_commands_topic">/isaac_joint_commands
  "joint_states_topic">/isaac_joint_states
if>

包含的 Python 脚本加载 Panda 机器人，同时构建 OmniGraph 发布和订阅用于控制机器人的 ROS topic。要了解有关配置 Isaac Sim 机器人与 ROS 2 通信的信息，请参阅ROS 2 Joint Control: Extension Python Scripting

(https://docs.omniverse.nvidia.com/app_isaacsim/app_isaacsim/tutorial_ros2_manipulation.html)。

计算机设置

按照以下步骤设置计算机。

1、使用 Workstation Installation documentation 安装 Isaac Sim.

2、使用以下脚本执行 MoveIt2 教程存储库的浅克隆：

git clone https://github.com/ros-planning/moveit2_tutorials.git -b humble --depth 1

3、打开克隆教程的文件夹，然后切换到以下目录：

cd moveit2_tutorials/doc/how_to_guides/isaac_panda

4、构建 Docker 镜像：

docker compose build

使用模拟组件运行

MoveIt Interactive Marker Demo

运行以下脚本以测试 mock_components/GenericSystem 硬件接口：

docker compose up demo_mock_components

RViz 将运行 Panda 机器人，并使用 mock_components 以模拟机器人并执行轨迹。如果这是您第一次同时使用 MoveIt 与 RViz ，请参阅Quickstart in RViz 教程（https://moveit.picknik.ai/humble/doc/tutorials/quickstart_in_rviz/quickstart_in_rviz_tutorial.html）。

完成测试后，在终端中选择 Ctrl+C 停止容器。

使用 Isaac Sim 运行

MoveIt Interactive Marker Demo

1、在主机上，导航到教程启动目录：

cd moveit2_tutorials/doc/how_to_guides/isaac_panda/launch

2、加载预配置的 Panda 机器人以使用本教程。请注意，此步骤假定 Isaac Sim 安装在 $HOME/.local/share/ov/pkg/isaac_sim-2022.2.0" 目录。

此步骤需要几分钟的时间来下载资源并设置 Isaac Sim。耐心等待，不要点击 Force Quit 模拟器启动时弹出的对话框。要加载 Panda 机器人，请运行以下命令：

./python.sh isaac_moveit.py

3、从moveit2_tutorials/doc/how_to_guides/isaac_panda 目录，启动一个连接到 Isaac Sim 的容器，使用 topic_based_ros2_control/TopicBasedSystem 硬件接口：

docker compose up demo_isaac

RViz 将运行 Panda 机器人，然后使用 TopicBasedSystem 用于与模拟机器人通信并执行轨迹的接口。

视频 1：了解如何集成 MoveIt 和 NVIDIA Isaac Sim

结论

将 MoveIt 与 NVIDIA Isaac Sim 集成，开发人员能够创建反映真实世界的复杂逼真的机器人系统模拟。通过将这两个框架与 ros2 _ control 配对，您可以在不同的模拟器和真实硬件之间快速切换，以快速迭代新算法和机器人行为。

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