Isaac Sim で SO100Arm Kit をインポートして制御する方法

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Isaac Sim で SO100Arm Kit をインポートして制御する方法

はじめに

SO-100ARM は、TheRobotStudio によって開始された完全オープンソースのロボットアームプロジェクトです。このプロジェクトには、フォロワーアームとリーダーロボットアームが含まれており、詳細な 3D プリントファイルと操作ガイドも提供されています。LeRobot は、PyTorch を使用して現実世界のロボティクス向けのモデル、データセット、およびツールを提供することを目指しています。その目的は、ロボティクスの参入障壁を下げ、誰もがデータセットや事前学習モデルを共有することで貢献し、利益を得られるようにすることです。

この Wiki では、SO100 Arm Kit ロボットアームを NVIDIA の Isaac Sim シミュレーションプラットフォームにインポートし、ROS2 と Python スクリプトを使用して制御する方法を説明します。

プロジェクト紹介

SO-ARM100 と reComputer Jetson AI インテリジェントロボットキットは、高精度のロボットアーム制御と強力な AI コンピューティングプラットフォームをシームレスに組み合わせ、包括的なロボット開発ソリューションを提供します。このキットは Jetson Orin または AGX Orin プラットフォームをベースに、SO-ARM100 ロボットアームと LeRobot AI フレームワークを組み合わせており、教育、研究、産業オートメーションなどの複数のシナリオに適用可能なインテリジェントロボットシステムをユーザーに提供します。この Wiki では、SO ARM100 の組み立てとデバッグのチュートリアルを提供し、Lerobot フレームワーク内でのデータ収集とトレーニングを実現します。

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仕様

仕様	Arm Kit	Arm Kit Pro
タイプ	Arm Kit	Arm Kit Pro
自由度	6	6
最大トルク	19.5kg.cm 7.4V	30kg.cm 12V
サーボ	STS3215 バスサーボ	STS3215 バスサーボ
電源供給	5.5mm*2.1mm DC 5V4A	5.5mm*2.1mm DC 12V1A
角度センサー	12ビット磁気エンコーダー	12ビット磁気エンコーダー
推奨動作温度範囲	0℃～40℃	0℃～40℃
通信方法	UART	UART
制御方法	PC	PC

部品表 (BOM)

部品	数量	含まれる
STS3215 サーボ1	12	✅
モーター制御ボード	2	✅
USB-C ケーブル 2本	1	✅
電源2	2	✅
テーブルクランプ	1	❌
アームの3Dプリント部品	1	❌

caution

3Dプリント部品とテーブルクランプは製品に含まれていません。ただし、SO-100ARMは詳細な3Dプリント用STLファイルと印刷パラメータを提供しています。また、テーブルクランプの3Dプリント部品も提供しています。

前提条件

Lerobot環境のインストール

ステップ1. Lerobotプロジェクトをクローンする

cd ~/
git clone https://github.com/ZhuYaoHui1998/lerobot.git
cd lerobot

チュートリアルに従ってLerobot環境をインストールしていることを確認してください。

URDFをIsaac Simにインポートする

ステップ1. Isaac Simを開く

NVIDIAの公式チュートリアルに従ってIsaac Simをインストールし、ROS2をインストールし、基本的な環境設定を完了していることを確認してください。以下の図に示すパラメータでIsaac Simインターフェースを開きます。

ステップ2. URDFインポーターを使用する

Isaac SimツールバーでIsaac Utils → Workflows → URDF Importerを開きます。

ステップ3. URDFをインポートする

デフォルトのパラメータを保持し、Inputでファイルを参照し、クローンしたLerobotリポジトリの/lerobot/SO-ARM100/URDF/SO_5DOF_ARM100_8j_URDF.SLDASM/urdf/SO_5DOF_ARM100_8j_URDF.SLDASM.urdfからURDFをインポートします。

これでSO100ロボットアームがIsaac Simにインポートされたことが確認できます。

ステップ4. 物理要素を追加する

Isaac SimツールバーでCreate → Physicsに移動し、Physics SceneとGround Planeの両方を追加して物理環境と地面を設定します。

ステップ5. root_jointのArticulation Rootを削除する

右側のStageパネルでroot_jointを見つけます。それをクリックし、下部のPropertiesでPhysicsのArticulation Rootを見つけ、右側の×をクリックしてこのルートを削除します。

ステップ6. root_jointにArticulation Rootを追加する

StageパネルでSO100をクリックし、右クリックしてAdd → Physics → Articulation Rootを選択します。

アクショングラフを追加する

ステップ 1. ツールバーで、Create → Visual Scripting に移動し、Action Graph を追加します。

ステップ 2. アクションコンポーネントを追加します。

検索ボックスで以下の順に追加します: On Playback Tick, Isaac Read Simulation Time, ROS2 Publish Joint State, Articulation Controller, ROS2 Subscribe Joint State。

この部分をより明確に理解するために、動画の内容に従ってアクションの接続と基本的なパラメータ設定を行ってください。

ステップ 3. 再生

右側の再生ボタンをクリックしてアクションを正常に開始します。この時点で、ros2 topic list コマンドを使用してトピック情報を確認します。

ROS2 Python によるロボットアームの動作制御

これで、ROS2環境で以下のPythonスクリプトを実行してロボットアームを制御できます。スクリプトファイルは lerobot/lerobot/scripts/ フォルダ内にあり、control_motor.py と lerobot_publisher.py という名前です。

control_motor.py は特定のサーボの角度を個別に送信することができ、角度値は -π から π の範囲です。

control_motor.py

import threading

import rclpy
from sensor_msgs.msg import JointState

rclpy.init()
node = rclpy.create_node('position_velocity_publisher')
pub = node.create_publisher(JointState, 'joint_command', 10)

thread = threading.Thread(target=rclpy.spin, args=(node, ), daemon=True)
thread.start()

joint_state_position = JointState()

joint_state_position.name = ["Rotation", "Pitch","Elbow","Wrist_Pitch","Wrist_Roll","Jaw"]

joint_state_position.position = [0.2,0.2,float('nan'),0.2,0.2,0.2]
#joint_state_position.position = [0.0,0.0,0.0,0.0,0.0,0.0]

rate = node.create_rate(10)
try:
    while rclpy.ok():
        pub.publish(joint_state_position)

        rate.sleep()
except KeyboardInterrupt:
    pass
rclpy.shutdown()
thread.join()

lerobot_publisher.py はサーボに対してアクションコマンドを継続的に送信します。

lerobot_publisher.py

import rclpy
from rclpy.node import Node
from sensor_msgs.msg import JointState
import numpy as np
import time


class TestROS2Bridge(Node):
  def __init__(self):

      super().__init__("test_ros2bridge")

      # パブリッシャーを作成します。このパブリッシャーは JointState メッセージを /joint_command トピックに送信します。
      self.publisher_ = self.create_publisher(JointState, "joint_command", 10)

      # JointState メッセージを作成します
      self.joint_state = JointState()

      self.joint_state.name = [
          "Rotation",
          "Pitch",
          "Elbow",
          "Wrist_Pitch",
          "Wrist_Roll",
          "Jaw"
      ]


      num_joints = len(self.joint_state.name)

      # メッセージを受信するためにキットのエディタが再生中であることを確認してください
      self.joint_state.position = np.array([0.0] * num_joints, dtype=np.float64).tolist()
      self.default_joints = [0, 0, 0, 0, 0, 0]

      # 動きを小さい範囲に制限します（これはロボットの範囲ではなく、動きの範囲です）
      self.max_joints = np.array(self.default_joints) + 0.3
      self.min_joints = np.array(self.default_joints) - 0.3

      # ロボットを各ジョイント周辺で揺れ動かす位置制御
      self.time_start = time.time()

      timer_period = 0.05  # 秒
      self.timer = self.create_timer(timer_period, self.timer_callback)

  def timer_callback(self):
      self.joint_state.header.stamp = self.get_clock().now().to_msg()

      joint_position = (
          np.sin(time.time() - self.time_start) * (self.max_joints - self.min_joints) * 0.5 + self.default_joints
      )
      self.joint_state.position = joint_position.tolist()

      # トピックにメッセージを送信します
      self.publisher_.publish(self.joint_state)


def main(args=None):
  rclpy.init(args=args)

  ros2_publisher = TestROS2Bridge()

  rclpy.spin(ros2_publisher)

  # ノードを明示的に破棄します
  ros2_publisher.destroy_node()
  rclpy.shutdown()


if __name__ == "__main__":
  main()