feat(control): unify joint limits and bound trajectory dynamics
Use shared limits for all seven axes across MoveIt, URDF and FRI. Apply Ruckig smoothing and continuous JTC spline checks, stretching trajectory timing to respect velocity, acceleration and jerk limits. Require fresh stationary feedback for direct trajectories and protect preparation from concurrent submissions and stop requests. Add regression tests, dependencies and bilingual FRI documentation. Include the updated LIN speed-sweep scenario and current 60 ms filter configuration. Acceleration and jerk limits remain project settings; physical high-speed twitching is still under investigation.
This commit is contained in:
Даниил Грабарь
@@ -82,3 +82,23 @@ sudo gpasswd -d "$USER" realtime
|
||||
After logging in again, processes use the regular Linux scheduler.
|
||||
|
||||
See the official [ros2_control documentation](https://control.ros.org/jazzy/doc/ros2_control/controller_manager/doc/userdoc.html#determinism) for controller-manager priorities and limits.
|
||||
|
||||
## Trajectory limits and smoothness
|
||||
|
||||
`controller.moveit.joint_limits` in `cobot-setting.yaml` selects a single limits file for all seven axes, consumed by xacro, FRI, Webots, MoveIt and the web API. Hard position limits and the existing narrower protective bounds remain distinct. Command validation and planning use their intersection; the MoveIt parameter override explicitly preserves soft bounds.
|
||||
|
||||
Position and velocity limits were checked against the [KUKA LBR iiwa 7 R800 datasheet, 0000-246-832 V1.2](https://www.kuka.com/-/media/kuka-downloads/imported/8350ff3ca11642998dbdc81dcc2ed44c/0000246832_en.pdf). Working limits were not expanded relative to the previous URDF. Upward rounding beyond published values was removed. **Acceleration and jerk limits remain project settings, not verified KUKA ratings.** Tool/payload and Sunrise settings still require independent verification.
|
||||
|
||||
OMPL/CHOMP now run TOTG → rest-boundary normalization → Ruckig → rest-boundary normalization → `iiwa_planning/LimitSplineDynamics` → MoveIt solution validation. The initial requested state must be stationary within `planning.stopped_velocity_tolerance` (rad/s). The spline adapter bounds the complete JTC quintic polynomial in Bernstein form, including extrema between waypoints. It uniformly stretches time and scales derivatives to respect velocity, acceleration and jerk limits, rejecting position overshoot. Endpoint acceleration is normalized around Ruckig because TOTG and Ruckig duration extension can leave nonzero boundary derivatives.
|
||||
|
||||
Pilz PTP/LIN/CIRC use the spline validator and uniform time scaling without joint-space Ruckig. This preserves the original JTC interpolation curve, not a new guarantee of ideal Cartesian interpolation. Nonstationary boundary conditions, including some blended sequences, are rejected; this implementation targets rest-to-rest motions.
|
||||
|
||||
Position-only CSV/JSON `/trajectory/send*` requests are fitted with a smooth rest-to-rest spline and passed through the same C++ validator. Input waypoints are retained; the curve between them can differ from the former linear interpolation. This direct API does not check collisions. Responses include actual `duration` and `time_scale`; timing may increase. `validate_limits=false` cannot disable mandatory dynamics and operating-range checks.
|
||||
|
||||
Direct commands require fresh, complete named joint position/velocity feedback and a stationary robot. The first point at zero time must match the measured position within `web.trajectory_start_tolerance`; otherwise a measured start point is prepended if the first timestamp is positive. Freshness and stationarity are checked again after preparation. `web.trajectory_state_timeout` is in seconds; `web.trajectory_stopped_velocity` is in rad/s. Concurrent direct commands are rejected while a trajectory is reserved; stopping cancels pending preparation.
|
||||
|
||||
External clients sending directly to the JTC topic/action bypass this MoveIt/web preparation and remain responsible for their trajectories. This is not a global ROS command firewall. The FRI filter, watchdog and cycle period are unchanged. Hardware retesting is needed to assess noise and actual tracking.
|
||||
|
||||
After rebuilding, run `colcon test --packages-select iiwa_planning iiwa_utils iiwa_web iiwa_controller --python-testing pytest`. Tests exercise seven-axis consistency, spline extrema, the installed JTC interpolator, installed TOTG/Ruckig plus pluginlib, and web admission failures without connecting to a real FRI session. Rebuild `iiwa_config`, `iiwa_description` and `iiwa_bringup` as well; running processes do not update automatically.
|
||||
|
||||
The adapters check original `/joint_states` telemetry: absent MoveIt `RobotState` velocities are not treated as zero. `planning.state_timeout` bounds telemetry age. The subscription test uses synthetic messages in separate local ROS domain 231, without FRI.
|
||||
|
||||
@@ -82,3 +82,32 @@ sudo gpasswd -d "$USER" realtime
|
||||
После повторного входа процессы снова будут работать с обычным планировщиком Linux.
|
||||
|
||||
Подробнее о лимитах и приоритете `controller_manager` — в [документации ros2_control](https://control.ros.org/jazzy/doc/ros2_control/controller_manager/doc/userdoc.html#determinism).
|
||||
|
||||
## Ограничения траекторий и плавность
|
||||
|
||||
`controller.moveit.joint_limits` из `cobot-setting.yaml` задаёт единый файл для всех семи осей. Его читают URDF/xacro, FRI, Webots, MoveIt и web API. `min_position/max_position` описывают рабочие жёсткие пределы; `soft_min_position/soft_max_position` сохраняют более узкие защитные диапазоны. Планирование, командные интерфейсы и проверка API используют пересечение этих диапазонов. При загрузке MoveIt пересечение применяется явно: YAML иначе может переопределить мягкие пределы URDF.
|
||||
|
||||
Диапазоны и скорости сверены с [листом KUKA LBR iiwa 7 R800, 0000-246-832 V1.2](https://www.kuka.com/-/media/kuka-downloads/imported/8350ff3ca11642998dbdc81dcc2ed44c/0000246832_en.pdf). Для осей A1…A7 паспортные диапазоны составляют ±170°, ±120°, ±170°, ±120°, ±170°, ±120°, ±175°; скорости с номинальной нагрузкой — 98, 98, 100, 130, 140, 180, 180°/с. Рабочие пределы не расширены относительно прежнего URDF: округления, превышавшие паспортные значения, уменьшены. **Ускорения и рывки в YAML остаются ограничениями проекта, а не подтверждёнными паспортными пределами KUKA.** Данные установленного инструмента, нагрузки и настройки Sunrise по этому листу не проверяются.
|
||||
|
||||
Для OMPL/CHOMP обработка выполняется в порядке:
|
||||
|
||||
1. TOTG назначает время движения.
|
||||
2. `iiwa_planning/SetRestBoundary` проверяет скорость исходного состояния и задаёт нулевые скорости/ускорения на концах движения из покоя.
|
||||
3. Ruckig сглаживает траекторию с ограничением рывка.
|
||||
4. Повторная установка граничных условий устраняет изменения производных, которые может внести продление длительности в Ruckig.
|
||||
5. `iiwa_planning/LimitSplineDynamics` проверяет весь квинтический сплайн JTC, включая промежутки между точками. Границы полиномов вычисляются в базисе Бернштейна, а не только по временной сетке. При превышении скорости, ускорения или рывка увеличивается время всей траектории; скорости и ускорения масштабируются согласованно. Выход позиции за рабочие пределы отклоняется.
|
||||
6. MoveIt проверяет решение на столкновения обычным адаптером `ValidateSolution`.
|
||||
|
||||
Pilz PTP/LIN/CIRC проходят проверку сплайна и равномерное увеличение длительности без Ruckig в суставном пространстве. При этом сохраняется исходная кривая интерполяции JTC; точность геометрии LIN/CIRC относительно непрерывного идеального пути отдельно не улучшается. Движения с ненулевыми граничными скоростями/ускорениями (включая некоторые варианты blending) отклоняются: проверка предназначена для перемещений из покоя в покой. `planning.stopped_velocity_tolerance` задаёт порог определения неподвижного начального состояния в рад/с.
|
||||
|
||||
CSV/JSON `/trajectory/send*` по-прежнему принимают позиции и время, но теперь строят гладкий сплайн с нулевыми граничными производными и проходят тот же C++-валидатор. Промежуточные точки сохраняются, однако кривая между ними может отличаться от прежней линейной интерполяции. Прямой API не выполняет проверку столкновений. Ответ возвращает фактические `duration` и `time_scale`; времена могут увеличиться. `validate_limits=false` не отключает обязательную проверку динамики и рабочего диапазона.
|
||||
|
||||
Перед отправкой требуется свежая обратная связь с именами осей, положениями и скоростями; робот должен быть неподвижен. Точка при `t=0` должна совпадать с текущим положением в пределах `web.trajectory_start_tolerance`. Если первая точка позже нуля, текущее положение добавляется в начало. `web.trajectory_state_timeout` ограничивает возраст состояния; `web.trajectory_stopped_velocity` — начальную скорость. Состояние повторно проверяется после расчёта. Повторная прямая отправка во время активной траектории отклоняется; остановка отменяет ещё не завершённую подготовку.
|
||||
|
||||
Внешний ROS-клиент, публикующий прямо в топик JTC или отправляющий ему action, **обходит подготовку MoveIt/web**. Он обязан самостоятельно формировать корректные траектории; это изменение не является общей защитой от произвольных ROS-команд. FRI-фильтр, watchdog и период обмена не менялись. Повторное аппаратное испытание необходимо для оценки шума и фактического слежения.
|
||||
|
||||
### Проверка без оборудования
|
||||
|
||||
После сборки можно выполнить `colcon test --packages-select iiwa_planning iiwa_utils iiwa_web iiwa_controller --python-testing pytest`. Тесты проверяют согласованность семи осей в реальном и симуляционном URDF, пики между точками, результат установленного интерполятора JTC, связку установленного TOTG/Ruckig с pluginlib и отклонение устаревшего состояния web. Они не подключаются к реальному FRI-сеансу. Для нового кода требуется пересборка перечисленных пакетов и `iiwa_config`, `iiwa_description`, `iiwa_bringup`; старый запущенный процесс автоматически не обновляется.
|
||||
|
||||
Проверка покоя в адаптерах подписывается на исходный `/joint_states`: отсутствие скоростей в `RobotState` MoveIt не трактуется как нулевая скорость. `planning.state_timeout` ограничивает возраст исходной телеметрии. Тест подписки использует отдельный локальный ROS domain 231 и синтетические сообщения, без FRI.
|
||||
|
||||
Reference in New Issue
Block a user