Python 对ROS/MoveIt中四元数的实际理解

tl；dr：如何使用ROS MoveIt向6自由度机器人手臂发送“移动到（x、y、z、滚动、俯仰、偏航）”命令？

我正在尝试使用Python移动组界面，用ROS和MoveIt控制通用机器人UR5 6自由度机械臂。我缺少基本的“如何将机器人末端执行器发送到此点”控制。我把“末端效应器”解释为机器人末端的“手”。直观地说，我希望使用以下方法移动末端效应器：

pose_goal.position.x = x_coordinate # x, y, z, r, p, y are in a fixed reference frame
pose_goal.position.y = y_coordinate
pose_goal.position.z = z_coordinate
pose_goal.orientation.roll = roll_angle
pose_goal.orientation.pitch = pitch_angle
pose_goal.orientation.yaw = yaw_angle

move_group.set_pose_target(pose_goal)
plan = move_group.go(wait=True)

但是，geometry_msgs.msg.Pose（）对象需要格式为（x，y，z，w）的四元数

我做过/研究过的一些事情：

• 让ROS和机器人说话并移动机器人穿过
• 对

其他一些信息：

• 在Ubuntu 18.04上运行ROS Melodic
• 在RViz和Gazebo中模拟UR5机器人手臂，但也有物理手臂

问题

• 我的研究表明（x，y，z，w）形式的四元数只描述三维空间中的旋转。如果只获取旋转信息，机器人如何知道移动到哪个位置
• 我可以将（x、y、z、滚动、俯仰、偏航）转换为四元数吗？或者这些描述了两种不同的东西
• 四元数是否必须标准化，使平方和等于一？如果是这样的话，我怎么能告诉我的机器人手臂去太空中的一个物理点，比如（0.5米，0.3米，0米）
• 有人能用四元数（4D）来解释旋转（3D）的外行术语吗

我的研究表明（x，y，z，w）形式的四元数可以描述 仅在三维空间中旋转。机器人如何知道要移动的位置 如果只获取旋转信息，是否移动到

正确，四元数仅描述帧的方向；您还需要指定帧的位置以获得完整的姿势。四元数只是描述物体方向的一种不同方式，另一种方式是，正如您已经提到的，使用欧拉角（偏航、俯仰、滚动）

对于您的

pose\u-goal

对象，您需要通过设置

pose\u-goal.position的
x
、
y
和
z
组件来指定所需/目标机器人姿势的位置（即机器人在三维空间中的位置）然后还可以使用四元数表示法
w
，
x
，
y
和
z
来指定所需/目标机器人姿势的方向，以设置
pose\u目标的组件。方向
（请注意，四元数的
x
、
y
和
z
部分与您的位置向量不一样，它们是不同的东西）。一旦您定义了
pose\u目标。position
和
pose\u目标。定向
之后，您就有了一个完整的姿势，可以发送到MoveIt！来计划和执行

我可以将（x、y、z、滚动、俯仰、偏航）转换为四元数吗？或者
这些描述了两种不同的东西

这里，
x，y，z
，是与方向无关的位置向量（因此与四元数无关），所以你的问题应该是，“我可以将欧拉角（横摇、俯仰、偏航）转换为四元数吗？”答案是，你可以将欧拉角转换成四元数，但这可能很棘手。如果你可以用四元数来表示方向（即，如果你已经有了这个信息），你应该使用它，因为四元数在数值上更稳健，而且不会出现奇异现象（例如，欧拉角可能导致万向节锁，在特定配置下，系统会失去一定的自由度）

如果您有权访问四元数，请使用它并忘记Euler角度，否则您可能希望尝试使用ROS的
tf
库使用以下方法将Euler角度转换为四元数：

from tf.transformations import quaternion_from_euler

# Pose Position
pose_goal.position.x = x_coordinate
pose_goal.position.y = y_coordinate
pose_goal.position.z = z_coordinate

# Pose Orientation
quaternion = quaternion_from_euler(roll_angle, pitch_angle, yaw_angle)

pose.orientation.x = quaternion[0]
pose.orientation.y = quaternion[1]
pose.orientation.z = quaternion[2]
pose.orientation.w = quaternion[3]

move_group.set_pose_target(pose_goal)
plan = move_group.go(wait=True)

参见此处，
ai
，
aj
，
ak
分别为横摇、俯仰和偏航，
轴
参数定义了应用角度的顺序（这非常重要）

（我自己还没有测试过，但可能值得一试）

有人能提供一个外行的术语来解释
用四元数（4D）旋转（3D）

四元数有点复杂，但有一个很棒的视频以交互方式解释它们。一般来说，根据我的经验，四元数在开始时可能有点令人沮丧，你可能会发现最初很难理解这个概念，所以在研究它们时要记住这一点，并且要有耐心！
太好了，谢谢！这有助于打破我对四元数的理解问题分为两部分：如何发送位置和如何发送旋转/方向。我现在对四元数或至少从欧拉角度转换感到满意，但我仍然不确定如何向机器人发送位置命令。我如何告诉机器人如何移动到空间中完全定义的位置和方向？您定义了此信息吗在你的
pose\u目标中。定位
对象。你还需要将方向指定为四元数，而不是欧拉角。一旦你设置了
pose\u目标的这些属性，并将其作为目标发送到MoveIt！然后MoveIt！将完成剩下的工作（找到姿势的反向运动学解，然后规划轨迹将UR5移动到那里）。此外，当你说“将其分解为两个问题”时，你不需要这样做。姿势（即，你的
pose\u目标
）定义了机器人末端效应器在空间中的位置和方向（它告诉位置和方向）。就是这样。你只需发送此姿势（这又是位置和方向的结合）给一个计划者，它会找到一个解决方案并执行它。现在你指出了它，它的工作原理非常简单。
pose\u-goal。position
有组件
x，y，z
和
pose\u-goal.o