Introdução ao Pinocchio e MeshCat para reBot Arm B601-DM

traj_sim_geodesic

Braço Robótico 6-DOF · Suporte a Múltiplos Motores · Solucionador de Cinemática · Planejamento de Trajetória · Totalmente Open Source

📖 Introdução

reBotArm Control é uma biblioteca de controle em Python para o braço robótico reBot Arm B601, oferecendo uma solução completa desde o controle de motor de baixo nível até o cálculo de cinemática de alto nível.

✨ Recursos Principais

🦾 Suporte a Dois Modelos — B601-DM (motores Damiao) e B601-RS (motores RobStride)
🧮 Solucionador de Cinemática — Cinemática direta/inversa baseada em Pinocchio
🛤️ Planejamento de Trajetória — Trajetória geodésica em SE(3) + rastreamento CLIK
🔧 Configuração Flexível — Arquivo de configuração YAML para rápida adaptação de hardware

⚙️ Início Rápido

Requisitos

Item	Requisito
Python	3.10+
Sistema Operacional	Ubuntu 22.04+
Interface de Comunicação	Ponte Serial USB2CAN ou Interface CAN

Etapas de Instalação

Etapa 1. Instalar uv (se ainda não estiver instalado)

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

Etapa 2. Sincronizar Ambiente (Instalar Todas as Dependências)

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

dica

uv sync criará automaticamente um ambiente virtual (se não existir) e instalará todas as dependências de acordo com pyproject.toml e uv.lock.

🔌 Configuração de Hardware

Padrão: Ponte Serial USB2CAN Damiao

O reBot Arm B601-DM utiliza por padrão o módulo de ponte serial USB2CAN da Damiao.

Conexão de Hardware:

Conecte o módulo USB2CAN ao seu computador via cabo USB
O sistema irá reconhecê-lo automaticamente como dispositivo /dev/ttyACM0

Verificação de Configuração:

# Check device
ls /dev/ttyACM0

# Scan motors
motorbridge-cli scan --vendor damiao --transport dm-serial \
    --serial-port /dev/ttyACM0 --serial-baud 921600

Opcional: Interface CAN Padrão

Usando outros adaptadores USB-CAN (CANable, PCAN, etc.):

# Start CAN interface
sudo ip link set can0 up type can bitrate 500000

# Verify interface
ip -details link show can0

Configuração da Marca dos Motores

Marca do Motor	Transmissão	Configuração	Taxa de Baud
Damiao	Ponte Serial	`dm-serial`	921600
Damiao	Interface CAN	`socketcan`	500000
RobStride	Interface CAN	`socketcan`	500000

dica

Para motores Damiao usando ponte serial, é obrigatório definir --transport dm-serial
Regra de ID de feedback: feedback_id = motor_id + 0x10

📁 Estrutura do Projeto

reBotArm_control_py/
├── config/                     # Configuration files
│   └── robot.yaml              # Joint parameter configuration
├── example/                    # Example programs
│   ├── Debug Tools/
│   │   ├── 1_damiao_text.py        # Single motor console
│   │   └── 2_zero_and_read.py      # Zero calibration
│   ├── Kinematics Tests/
│   │   ├── 5_fk_test.py            # Forward kinematics
│   │   └── 6_ik_test.py            # Inverse kinematics
│   ├── Real Machine Control/
│   │   ├── 7_arm_ik_control.py     # IK real-time control
│   │   ├── 8_arm_traj_control.py   # Trajectory planning
│   │   └── 9_gravity_compensation.py  # Gravity compensation
│   └── sim/                    # Simulation tools
├── reBotArm_control_py/        # Core library
│   ├── actuator/               # Actuator module
│   ├── kinematics/             # Kinematics module
│   ├── controllers/            # Controller module
│   └── trajectory/             # Trajectory planning module
├── urdf/                       # URDF model
└── README.md

🎮 Programas de Exemplo

Ferramentas de Depuração

1️⃣ Console de Motor Único (`1_damiao_text.py`)

Teste direto de um único motor via SDK motorbridge com três modos de controle.

Uso:

uv run python example/1_damiao_text.py

Comandos Interativos:

Comando	Descrição
`mit <pos_deg> [vel kp kd tau]`	Modo MIT
`posvel <pos_deg> [vlim]`	Modo POS_VEL
`vel <vel_rad_s>`	Modo de Velocidade
`enable` / `disable`	Habilitar/Desabilitar
`set_zero`	Definir posição zero
`state`	Ver estado

2️⃣ Calibração de Zero & Monitor de Ângulo (`2_zero_and_read.py`)

Define automaticamente o zero de todas as juntas e exibe os ângulos das juntas em tempo real.

Uso:

uv run python example/2_zero_and_read.py

Testes de Cinemática

5️⃣ Teste de Cinemática Direta (`5_fk_test.py`)

Calcula a pose do efetuador final a partir dos ângulos das juntas.

Entrada: 6 ângulos de junta (graus)

Saída:

Posição do efetuador final (X, Y, Z) — Unidade: metros
Matriz de rotação (3×3)
Ângulos de Euler (Rolagem/Tangagem/Guinada) — Unidade: graus

Exemplo:

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

6️⃣ Teste de Cinemática Inversa (`6_ik_test.py`)

Resolve os ângulos das juntas a partir da pose desejada do efetuador final.

Formato de Entrada:

Apenas posição: <x> <y> <z> (metros)
Posição + Orientação: <x> <y> <z> <roll> <pitch> <yaw> (graus)

Exemplo:

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

Controle em Máquina Real

Configuração de Permissões

Antes de executar os exemplos de controle em máquina real, é necessário definir as permissões do dispositivo:

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

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

7️⃣ Controle em Tempo Real por IK (`7_arm_ik_control.py`)

Controle em tempo real do efetuador final baseado no solucionador de IK.

Comandos Interativos:

Comando	Descrição
`x y z [roll pitch yaw]`	Pose alvo do efetuador final
`state`	Ver estado atual/alvo
`pos`	Posição atual do efetuador final
`q/quit/exit`	Sair

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

8️⃣ Controle por Planejamento de Trajetória (`8_arm_traj_control.py`)

Planejamento de trajetória geodésica em SE(3) + rastreamento CLIK.

Formato de Entrada:

x y z [roll pitch yaw] [duration]

Parâmetros:

x, y, z: Posição alvo (metros)
roll, pitch, yaw: Orientação alvo (radianos)
duration: Duração do movimento (segundos), padrão 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

9️⃣ Controle de Compensação de Gravidade (`9_gravity_compensation.py`)

Compensa a gravidade das juntas usando o modelo dinâmico do Pinocchio.

Lei de Controle:

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

Comportamento Esperado:

O braço robótico pode "flutuar" em qualquer postura
Não cairá devido ao próprio peso quando solto
Pode ser movido manualmente para qualquer posição

Uso:

uv run python example/9_gravity_compensation.py

Saída:

Exibição em tempo real do torque esperado para cada junta (N·m)
Pressione Ctrl+C para parar e desconectar

📄 Licença

Este projeto é open source sob a Licença MIT.

☎ Contato

Suporte Técnico: Submit Issue
Repositório: GitHub

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Etapas de Instalação​

Etapa 1. Instalar uv (se ainda não estiver instalado)​

Etapa 2. Sincronizar Ambiente (Instalar Todas as Dependências)​

🔌 Configuração de Hardware​

Padrão: Ponte Serial USB2CAN Damiao​

Opcional: Interface CAN Padrão​

Configuração da Marca dos Motores​

📁 Estrutura do Projeto​

🎮 Programas de Exemplo​

Ferramentas de Depuração​

1️⃣ Console de Motor Único (1_damiao_text.py)​

2️⃣ Calibração de Zero & Monitor de Ângulo (2_zero_and_read.py)​

Testes de Cinemática​

5️⃣ Teste de Cinemática Direta (5_fk_test.py)​

6️⃣ Teste de Cinemática Inversa (6_ik_test.py)​

Controle em Máquina Real​

7️⃣ Controle em Tempo Real por IK (7_arm_ik_control.py)​

8️⃣ Controle por Planejamento de Trajetória (8_arm_traj_control.py)​

9️⃣ Controle de Compensação de Gravidade (9_gravity_compensation.py)​

📄 Licença​

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Etapa 2. Sincronizar Ambiente (Instalar Todas as Dependências)

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Padrão: Ponte Serial USB2CAN Damiao

Opcional: Interface CAN Padrão

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1️⃣ Console de Motor Único (`1_damiao_text.py`)

2️⃣ Calibração de Zero & Monitor de Ângulo (`2_zero_and_read.py`)

Testes de Cinemática

5️⃣ Teste de Cinemática Direta (`5_fk_test.py`)

6️⃣ Teste de Cinemática Inversa (`6_ik_test.py`)

Controle em Máquina Real

7️⃣ Controle em Tempo Real por IK (`7_arm_ik_control.py`)

8️⃣ Controle por Planejamento de Trajetória (`8_arm_traj_control.py`)

9️⃣ Controle de Compensação de Gravidade (`9_gravity_compensation.py`)

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