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第 8 阶段 · 第 36 章 · 实践

36. 在 MuJoCo 中运行 reBot Arm

第 35 章讲了仿真理论，这一章动手。目标很简单：让 reBot Arm 在 MuJoCo 里跑起来，看到它动，理解模型、关节和控制命令之间的关系。

本章概览

第 35 章讲了仿真理论，这一章动手。目标很简单：让 reBot Arm 在 MuJoCo 里跑起来，看到它动，理解模型、关节和控制命令之间的关系。

教学目的：让用户完成 reBot Arm 在 MuJoCo 中的第一次运行，并理解机器人模型、

关节和控制命令之间的关系。

36.1 安装 MuJoCo 开发环境​

MuJoCo 的 Python 绑定通过 pip 安装，不需要编译 C 库。reBot Arm 的工作空间

使用虚拟环境（.venv）管理 Python 依赖，MuJoCo 就装在里面。

方式一：使用工作空间自带虚拟环境（推荐）

#RS:
cd ~/ReBot_Arm_DigitalTwin_RS
source scripts/rs_env.sh
python3 -c "import mujoco; print(mujoco.__version__)"

#DM:
cd ~/ReBot_Arm_DigitalTwin_DM/reBotArmController_ROS2-main
source scripts/source_rebotarm_env.sh
python3 -c "import mujoco; print(mujoco.__version__)"

如果输出类似 3.10.0，说明 MuJoCo 已经就绪。source_rebotarm_env.sh 会自动加载 ROS2、虚拟环境和 PYTHONPATH，后续所有命令都需要先 source 它。

方式二：手动安装

如果你不在工作空间的虚拟环境中，可以直接 pip 安装：

pip3 install mujoco
#MuJoCo 3.x 是纯 pip 包，自带二进制库，不需要额外安装系统依赖。安装后即可使用`import mujoco` 和 `mujoco.viewer`。

验证mujoco安装​

python3 -c "
import mujoco
print('MuJoCo version:', mujoco.version)
print('GPU rendering:', mujoco.GL_CONTEXT_BACKENDS if hasattr(mujoco, 'GL_CONTEXT_BACKENDS') else 'auto')
"

预期结果​

  • 成功：若环境配置正确，你将看到类似以下输出（版本号可能不同）：
MuJoCo version: 3.2.0
GPU rendering: ['egl', 'glfw']
  • 或 GPU rendering: auto（取决于编译选项）。
  • 失败：如果 mujoco 未安装或路径未配置，会抛出 ModuleNotFoundError，说明安装有问题。

36.2 认识 MJCF 模型结构​

MJCF（MuJoCo XML）是 MuJoCo 的原生模型格式。一个 MJCF 文件由以下顶层元素组成：

元素作用reBot Arm 中的体现
<compiler>编译选项：角度单位、坐标系、mesh 路径angle="radian" coordinate="local" meshdir="../meshes"
<option>物理参数：时间步长、重力、求解器timestep="0.001" gravity="0 0 -9.81"
<visual>渲染参数：灯光、雾、全局视角headlight、azimuth="135"
<asset>资源声明：mesh、材质、纹理10 个 STL mesh + 多种材质
<default>默认值：关节阻尼、geom 碰撞damping="0.8" armature="0.01"
<worldbody>世界体：地面、灯光、相机、机器人桌面、物体、机械臂运动链

reBot Arm 的 MJCF 文件位于：

RS 版本（rebotarm_mujoco_rs 包）：
src/rebotarm_mujoco_rs/models/
  rs_arm.xml                   # 物理模型（STL mesh + 完整惯性 + 7 个执行器）
  rs_grasp_scene.xml            # 抓取场景（含物体）
DM 版本（rebotarm_mujoco 包）：
src/rebotarm_mujoco/models/
  rebotarm_b601_stl.xml        # 物理模型（STL mesh + 完整惯性）
  rebotarm_b601_kinematic.xml  # 运动学模型（简化几何 + 无惯性）
  rebotarm_b601_stl.xml         # 物理模型（STL mesh + 完整惯性，含场景物体）
  rebotarm_b601_colored.xml     # 彩色模型（多材质 STL）
  simple_rebotarm.xml           # 简化模型（基本几何体）

两个模型共享相同的运动学结构（关节名、轴、限位），区别在于：

特性STL 模型运动学模型
VisualSTL mesh（精细）capsule/sphere/cylinder（简化）
Inertial每个连杆都有大部分省略
Collision夹爪有 box collision无 collision
timestep0.001 s0.002 s
用途物理仿真、real2sim轻量可视化

本章使用 STL 模型，因为它视觉效果好且支持物理仿真。

36.3 将 reBot Arm 模型导入 MuJoCo​

编译 ROS2 包​

#RS：
cd ~/ReBot_Arm_DigitalTwin_RS/rebotarm_ros2
source /opt/ros/jazzy/setup.bash
colcon build --symlink-install 
source install/setup.bash

#DM：
cd ~/ReBot_Arm_DigitalTwin_DM/reBotArmController_ROS2-main
source /opt/ros/jazzy/setup.bash
colcon build --symlink-install 
source install/setup.bash

编译后，MuJoCo 包的 share 目录会包含模型文件和 STL mesh：

# 验证 share 目录（RS）
ros2 pkg prefix rebotarm_mujoco_rs
# 输出: ~/ReBot_Arm_DigitalTwin_RS/rebotarm_ros2/install/rebotarm_mujoco_rs
ls $(ros2 pkg prefix rebotarm_mujoco_rs)/share/rebotarm_mujoco_rs/models/
# meshes/  rs_arm.xml  rs_grasp_scene.xml

# 验证 share 目录（DM）
ros2 pkg prefix rebotarm_mujoco
ls $(ros2 pkg prefix rebotarm_mujoco)/share/rebotarm_mujoco/models/
# rebotarm_b601_stl.xml  rebotarm_b601_kinematic.xml  rebotarm_b601_colored.xml  simple_rebotarm.xml

通过 launch 启动

#RS：
ros2 launch rebotarm_mujoco_rs mujoco_rs.launch.py use_viewer:=true
#DM：
ros2 launch rebotarm_mujoco real2sim.launch.py

通过 ROS2 launch 启动（带完整环境）​

#RS：
./scripts/start_rs_sim.sh
#DM：
./rebotarm start sim
或直接调用脚本：
~/ReBot_Arm_DigitalTwin_DM/reBotArmController_ROS2-main/scripts/start_rebot_mujoco_all.sh

通过 ROS2 关节滑块 GUI 控制​

reBot Arm 提供了一个 Tkinter 关节滑块 GUI（joint_slider_gui.py），可以用图形界面控制每个关节：

1. 先启动 sim​

#1. 先启动 sim(完整物理仿真)
#RS：
cd ~/ReBot_Arm_DigitalTwin_RS
./scripts/start_rs_sim.sh
#DM：
cd ~/ReBot_Arm_DigitalTwin_DM
./rebotarm start sim

2. 另开终端​

#滑块 GUI 定义了 7 个关节控制：
#RS：
source /opt/ros/jazzy/setup.bash
source ~/ReBot_Arm_DigitalTwin_RS/rebotarm_ros2/install/setup.bash
ros2 launch rebotarm_mujoco_rs joint_slider_gui.launch.py

#DM：
source /opt/ros/jazzy/setup.bash
source ~/ReBot_Arm_DigitalTwin_DM/reBotArmController_ROS2-main/install/setup.bash
ros2 launch rebotarm_mujoco joint_slider_gui.launch.py

FAQ​

Q1: MuJoCo viewer 打开后是黑屏或崩溃怎么办？

通常是 GPU 渲染问题。尝试设置渲染后端：

export MUJOCO_GL=egl    # 使用 EGL（推荐，无需显示器）
export MUJOCO_GL=glfw    # 使用 GLFW（需要桌面环境）
export MUJOCO_GL=osmesa  # 使用软件渲染（最慢但最兼容）

在无显示器的服务器上（如 SSH），使用 egl 或 osmesa。

Q2: 加载 MJCF 时报 "mesh file not found" 怎么办？

MJCF 中 meshdir="../meshes" 是相对路径。如果你从其他目录运行脚本，mesh

文件可能找不到。解决方法：

  1. 编译 ROS2 包后从 share 目录加载（推荐）：ros2 pkg prefix rebotarm_mujoco_rs（RS）或 ros2 pkg prefix rebotarm_mujoco（DM）
  2. 或确保从 models/ 目录运行脚本（该目录的上级有 meshes/）
  3. RS 的 mujoco_sync.py 会自动解析 mesh 路径；DM 需从 install 目录加载

Q3: 关节滑块 GUI 拖动后 MuJoCo 中的机械臂不动怎么办？

检查三个环节：

  1. fake 驱动是否在运行？RS: ros2 topic echo /rebotarm_rs/joint_states --once；DM: ros2 topic echo /rebotarm/joint_states --once
  2. sync 节点是否订阅了正确的话题？RS 默认订阅 /rebotarm_rs/joint_states，DM 默认订阅 /rebotarm/joint_states
  3. viewer 是否打开？终端应该显示 sync 节点就绪

如果话题名不匹配，用参数指定：

RS: REAL2SIM_JOINT_STATE_TOPIC=/rebotarm_rs/joint_states ./scripts/start_rs_sim.sh
DM: REAL2SIM_JOINT_STATE_TOPIC=/rebotarm/joint_states ./rebotarm start sim

Q4: 夹爪只动一边怎么办？

RS: 检查 equality 约束是否正确配置（joint_left 和 joint_right 应跟随 joint7）。

DM: 检查 finger_left 和 finger_right 是否都收到了命令。如果只发finger_left而没有 finger_right 的 target，只有一侧会动。

Q5: 物理抓取模式下物体飞走了怎么办？

PD 参数可能太激进。尝试降低 arm_kp 和 arm_kd：

RS: ros2 launch rebotarm_mujoco_rs mujoco_rs.launch.py simulation_mode:=physics arm_torque_limit:=10.0
DM: ros2 launch rebotarm_mujoco mujoco_physics_grasp.launch.py arm_torque_limit:=10.0

力矩限幅从默认的 30.0 降到 10.0，可以防止关节力矩过大导致物体被弹飞。也可以降低 control_hz 来减少控制环的激进度。

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Last updated on by Seeed Studio Robotics Team
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