Introducción a Pinocchio y MeshCat para reBot Arm B601-DM

traj_sim_geodesic

Pinocchio es una biblioteca de código abierto para análisis y optimización de dinámica robótica. Proporciona cinemática directa/inversa eficiente, cálculos dinámicos y capacidades de planificación de trayectorias. MeshCat es una herramienta de visualización 3D basada en la web que puede mostrar el estado del robot y las trayectorias de movimiento en tiempo real.

Este proyecto combina las potentes capacidades de cálculo de Pinocchio con la visualización intuitiva de MeshCat, proporcionando un conjunto completo de herramientas de análisis cinemático y depuración para reBot Arm B601-DM.

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Características del proyecto

Análisis cinemático completo
Soporta cálculos de Cinemática Directa (FK) y Cinemática Inversa (IK), capaz de resolver en tiempo real la pose del efector final del brazo robótico.
Visualización 3D en tiempo real
Muestra en tiempo real el estado del brazo robótico y las trayectorias de movimiento mediante MeshCat en el navegador, sin necesidad de software adicional.
Planificación y seguimiento de trayectorias
Implementa planificación de trayectorias geodésicas en SE(3), soportando control de seguimiento CLIK (Cinemática Inversa en Lazo Cerrado).
Control de compensación de gravedad
Calcula el par de gravedad de las articulaciones basado en el modelo dinámico de Pinocchio, logrando el efecto de "flotación" del brazo robótico.
Código abierto y extensible
Todo el código es de código abierto, permitiendo a los usuarios personalizar algoritmos de control y efectos de visualización según sus necesidades.

Especificaciones

El hardware para este tutorial es proporcionado por Seeed Studio

Parámetro	Especificación
Modelo de brazo robótico	reBot Arm B601-DM
Grados de libertad	6-DOF + pinza
Modelo de motor	Damiao DM4340 / DM4310
Método de comunicación	Bus CAN mediante adaptador USB-CAN
Tensión de funcionamiento	24V CC
Método de control	PC
Rango de temperatura de funcionamiento recomendado	0°C ～ 40°C

Lista de materiales (BOM)

Componente	Cantidad	Incluido
Brazo robótico reBot Arm B601-DM	1	✅
Puente serie USB2CAN	1	✅
Adaptador de corriente (24V)	1	✅
Cable USB-C	1	✅
Pinza	1	✅

precaución

Seeed Studio solo es responsable de la calidad del hardware. El tutorial se actualiza en estricta conformidad con la documentación oficial. Si encuentras problemas de software o de entorno que no puedas resolver, consulta primero las Preguntas Frecuentes al final del documento, o contacta con atención al cliente para unirte al grupo de comunicación SeeedStudio Lerobot para realizar consultas.

Requisitos de entorno

Elemento	Requisito
Python	3.10+
Sistema operativo	Ubuntu 22.04+
Interfaz de comunicación	Puente serie USB2CAN o interfaz CAN

Pasos de instalación

Paso 1. Instalar uv (si no está instalado)

curl -LsSf https://astral.sh/uv/install.sh | sh

Paso 2. Sincronizar entorno (instalar todas las dependencias)

git clone https://github.com/vectorBH6/reBotArm_control_py.git
cd reBotArm_control_py
uv sync

tip

uv sync creará automáticamente un entorno virtual (si no existe) e instalará todas las dependencias según pyproject.toml y uv.lock.

Herramientas de depuración

Consola de un solo motor (`1_damiao_text.py`)

Prueba de un solo motor mediante el SDK de motorbridge directamente.

Uso:

uv run python example/1_damiao_text.py

Comandos interactivos:

Comando	Descripción
`enable` / `disable`	Habilitar/Deshabilitar
`set_zero`	Establecer posición cero
`state`	Ver estado

Calibración de cero y monitor de ángulo (`2_zero_and_read.py`)

Establece automáticamente los ceros de todas las articulaciones y muestra los ángulos de las articulaciones en tiempo real.

Uso:

uv run python example/2_zero_and_read.py

Pruebas de cinemática

Prueba de cinemática directa (`5_fk_test.py`)

Calcular la pose del efector final a partir de los ángulos articulares.

Entrada: 6 ángulos articulares (grados)

Salida:

Posición del efector final (X, Y, Z) — Unidad: metros
Matriz de rotación (3×3)
Ángulos de Euler (Roll/Pitch/Yaw) — Unidad: grados

Ejemplo:

uv run python example/5_fk_test.py
> 0 0 0 0 0 0
> 45 -30 15 -60 90 180

Prueba de cinemática inversa (`6_ik_test.py`)

Resolver los ángulos articulares a partir de la pose deseada del efector final.

Formato de entrada:

Solo posición: <x> <y> <z> (metros)
Posición + orientación: <x> <y> <z> <roll> <pitch> <yaw> (grados)

Ejemplo:

uv run python example/6_ik_test.py
> 0.25 0.0 0.15              # Position only
> 0.25 0.0 0.15 0 0 0        # Position + Orientation

Entorno de simulación

Simulación de cinemática directa (`sim/fk_sim.py`)

Simulación interactiva de cinemática directa, visualiza la pose del brazo robótico introduciendo ángulos articulares en MeshCat.

Uso:

uv run python example/sim/fk_sim.py

Comandos interactivos:

Introducir 6 ángulos articulares (grados), separados por espacios
Ejemplo: 0 0 0 0 0 0
Ejemplo: 45 -30 15 -60 90 -180
q/quit/exit: Salir

Características:

Visualización en tiempo real de la posición y orientación del efector final
Soporta entrada continua para probar diferentes poses
Salida formateada de la información de la pose

Simulación de cinemática inversa (`sim/ik_sim.py`)

Simulación interactiva de cinemática inversa, resuelve automáticamente los ángulos articulares a partir de la pose objetivo y los visualiza.

Uso:

uv run python example/sim/ik_sim.py

Formato de entrada:

Solo posición: x y z (metros)
Posición+Orientación: x y z roll pitch yaw (radianes)

Ejemplo:

> 0.25 0.0 0.25              # Position only
> 0.25 0.0 0.25 0 0 0        # Position+Orientation

Características:

Juicio automático de la convergencia de la IK
Muestra el número de iteraciones y el error
Actualizaciones en tiempo real de la pose del robot

Simulación de planificación de trayectorias (`sim/traj_sim.py`)

Simulación de planificación de trayectorias basada en geodésicas en SE(3), incluyendo seguimiento CLIK y reproducción de animaciones en MeshCat.

Uso:

uv run python example/sim/traj_sim.py

Comandos interactivos:

Entrada: x y z [roll pitch yaw] (metros/radianes)
Pulsa Enter para usar la configuración predeterminada
q: Salir

Características:

Planificación desde la posición actual hasta la posición objetivo
Usa un perfil de trayectoria de mínimo tirón (minimum jerk)
Muestra en tiempo real las estadísticas de la trayectoria
Reproducción completa de la animación de la trayectoria en MeshCat
Muestra la trayectoria de referencia (gris) y la trayectoria real (verde)

Herramienta de visualización (`sim/visualizer.py`)

[LINE_298>Envoltorio del visualizador MeshCat, que proporciona una interfaz unificada de visualización del robot.

Características principales:

Cargar el modelo URDF y mostrar el robot
Dibujar trayectorias polilínea 3D (referencia/real)
Mostrar la pose objetivo de IK (ejes tricolores + esfera)
Soportar reproducción de animaciones de trayectorias articulares

Ejemplo de uso:

from example.sim.visualizer import Visualizer
viz = Visualizer()
viz.update(q)  # Update robot pose
viz.draw_path(points, "path_name", color)  # Draw path

Control en máquina real

Configuración de permisos

Antes de ejecutar ejemplos de control en máquina real, necesitas configurar los permisos del dispositivo:

# Set serial device permission (Damiao USB2CAN)
sudo chmod 666 /dev/ttyACM0

# Or for CAN interface (e.g., can0)
sudo chmod 666 /dev/can0

Control IK en tiempo real (`7_arm_ik_control.py`)

Control en tiempo real del efector final basado en el solucionador de IK.

Comandos interactivos:

Comando	Descripción
`x y z [roll pitch yaw]`	Pose objetivo del efector final
`state`	Ver estado
`pos`	Posición actual del efector final
`q/quit/exit`	Salir

Uso:

uv run python example/7_arm_ik_control.py
> 0.3 0.0 0.2
> 0.3 0.1 0.25 0 0.5 0

Control de planificación de trayectorias (`8_arm_traj_control.py`)

Planificación de trayectorias geodésicas en SE(3) + seguimiento CLIK.

Formato de entrada:

x y z [roll pitch yaw] [duration]

Parámetros:

x, y, z: Posición objetivo (metros)
roll, pitch, yaw: Orientación objetivo (radianes)
duration: Duración del movimiento (segundos), por defecto 2.0 s

Uso:

uv run python example/8_arm_traj_control.py
> 0.3 0.0 0.3 0 0.4 0 2.0

Control de compensación de gravedad (`9_gravity_compensation.py`)

Compensa la gravedad de las articulaciones utilizando el modelo dinámico de Pinocchio.

Ley de control:

tau = g(q)          — Gravity feedforward
pos = current motor position  — Joint position follows current position
kp = 2,  kd = 1     — Unified stiffness/damping for all joints

Comportamiento esperado:

El brazo robótico puede "flotar" en cualquier postura
No caerá por su propio peso cuando se suelte
Se puede mover manualmente a cualquier posición

Uso:

uv run python example/9_gravity_compensation.py

Salida:

Visualización en tiempo real del par esperado para cada articulación (N·m)
Pulsa Ctrl+C para detener y desconectar

Preguntas frecuentes (FAQ)

Aparece un error Permission denied
Asegúrate de haber ejecutado sudo chmod 666 /dev/ttyACM0 o sudo chmod 666 /dev/can0 para establecer los permisos del dispositivo.
La resolución de IK falla o los resultados son anormales
Comprueba si la pose objetivo está dentro del espacio de trabajo del brazo robótico y asegúrate de que la configuración de los límites articulares sea correcta.
El efecto de compensación de gravedad no es bueno
Esto puede deberse a errores estructurales y precisión de procesamiento. La compensación de gravedad de este proyecto depende de urdf y pinocchio. Puedes intentar corregir el urdf según tus parámetros medidos reales (puedes pedir ayuda a una IA para este paso).

Licencia

Este proyecto es de código abierto bajo la Licencia MIT.

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Soporte técnico: Submit Issue
Repositorio: GitHub
Foro: Seeed Studio Forum

Documentos de referencia

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Características del proyecto​

Especificaciones​

Lista de materiales (BOM)​

Requisitos de entorno​

Pasos de instalación​

Paso 1. Instalar uv (si no está instalado)​

Paso 2. Sincronizar entorno (instalar todas las dependencias)​

Herramientas de depuración​

Consola de un solo motor (1_damiao_text.py)​

Calibración de cero y monitor de ángulo (2_zero_and_read.py)​

Pruebas de cinemática​

Prueba de cinemática directa (5_fk_test.py)​

Prueba de cinemática inversa (6_ik_test.py)​

Entorno de simulación​

Simulación de cinemática directa (sim/fk_sim.py)​

Simulación de cinemática inversa (sim/ik_sim.py)​

Simulación de planificación de trayectorias (sim/traj_sim.py)​

Herramienta de visualización (sim/visualizer.py)​

Control en máquina real​

Control IK en tiempo real (7_arm_ik_control.py)​

Control de planificación de trayectorias (8_arm_traj_control.py)​

Control de compensación de gravedad (9_gravity_compensation.py)​

Preguntas frecuentes (FAQ)​

Licencia​

Contáctanos​

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Lista de materiales (BOM)

Requisitos de entorno

Pasos de instalación

Paso 1. Instalar uv (si no está instalado)

Paso 2. Sincronizar entorno (instalar todas las dependencias)

Herramientas de depuración

Consola de un solo motor (`1_damiao_text.py`)

Calibración de cero y monitor de ángulo (`2_zero_and_read.py`)

Pruebas de cinemática

Prueba de cinemática directa (`5_fk_test.py`)

Prueba de cinemática inversa (`6_ik_test.py`)

Entorno de simulación

Simulación de cinemática directa (`sim/fk_sim.py`)

Simulación de cinemática inversa (`sim/ik_sim.py`)

Simulación de planificación de trayectorias (`sim/traj_sim.py`)

Herramienta de visualización (`sim/visualizer.py`)

Control en máquina real

Control IK en tiempo real (`7_arm_ik_control.py`)

Control de planificación de trayectorias (`8_arm_traj_control.py`)

Control de compensación de gravedad (`9_gravity_compensation.py`)

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