MoveIt 介紹

 🔹 什麼是 MoveIt？

MoveIt 是一個功能強大的 機器人運動規劃（Motion Planning）框架，主要用於：

• 機器人運動規劃（Motion Planning）
• 碰撞檢測（Collision Checking）
• 控制（Kinematics and Control）
• 感知（Perception Integration）
• 操控（Manipulation and Grasping）
• 機械臂控制（Arm Control）
• 仿真與視覺化（Simulation & Visualization）

MoveIt 最常用於 機械臂（Manipulator），例如：

• 工業機械臂（UR5、Fanuc、ABB 等）
• 服務機器人（TIAGo、Fetch、PR2）
• 機器人手抓取（Grasping）
• 移動機器人搭載的機械臂（Mobile Manipulation）

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1️⃣ MoveIt 的架構

MoveIt 主要基於 ROS，與機器人硬體透過 ROS 控制器（ROS Controllers） 進行通訊。其核心組件包括：

🔹 1. 運動規劃器（Motion Planning）

• 透過 OMPL（Open Motion Planning Library） 進行機械臂軌跡規劃。
• 支援不同的路徑規劃演算法（如 RRT、RRT*、PRM）。

🔹 2. 碰撞檢測（Collision Checking）

• 使用 FCL（Flexible Collision Library） 來檢查機器人運動過程中是否發生碰撞。
• 可透過 Octomap 來處理 3D 碰撞檢測。

🔹 3. 逆運動學（Inverse Kinematics, IK）

• 使用 KDL（Kinematics Dynamics Library） 或 TRAC-IK 來計算機械臂的 逆運動學（IK）。

🔹 4. 機器人控制（Controllers）

• MoveIt 可以與 ROS 控制器（ROS Controllers） 整合，例如：
  • ros_control：提供 PID 控制。
  • Gazebo：模擬環境中的機械臂控制。

🔹 5. 感知與抓取（Perception & Grasping）

• 整合感測器（Camera, LiDAR） 來偵測障礙物。
• 自動抓取（Grasping）：使用 moveit_grasps 來實現機械手的抓取。

🔹 6. 可視化與仿真（RViz & Gazebo）

• RViz：提供 3D 視覺化界面，可查看機械臂規劃路徑。
• Gazebo：模擬真實機器人運動與控制器行為。

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2️⃣ MoveIt 主要功能

✅ 1. 運動規劃（Motion Planning）

MoveIt 透過 OMPL（Open Motion Planning Library），支援多種運動規劃演算法：

• RRT（快速探索隨機樹）
• PRM（概率路徑規劃）
• CHOMP（Covariant Hamiltonian Optimization）
• STOMP（Stochastic Trajectory Optimization）

📌 應用場景：

• 在 複雜環境 中計算機械臂路徑。
• 讓機械臂避開障礙物並移動到指定位置。

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✅ 2. 逆運動學（IK, Inverse Kinematics）

逆運動學計算 機械臂末端（End Effector） 應該如何移動來到達目標點。

📌 應用場景：

• 計算機械臂的關節角度，使機械臂到達指定位置。

支援的 IK 求解器：

IK 求解器	優勢
KDL（Kinematics and Dynamics Library）	ROS 官方支援，計算精確
TRAC-IK	比 KDL 更快、更穩定
IKFast	適用於特定機械臂，運行速度快

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✅ 3. 碰撞檢測（Collision Checking）

MoveIt 內建碰撞檢測系統，確保機械臂不會與障礙物發生碰撞。

📌 應用場景：

• 確保機械臂運動時不會撞到桌子或牆壁。

支援的碰撞檢測庫：

碰撞檢測	優勢
FCL（Flexible Collision Library）	準確、高效
Bullet	適用於物理仿真
Octomap	用於 3D 障礙物檢測

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✅ 4. 抓取（Grasping）

MoveIt 可以整合 機械手（Gripper） 來執行抓取動作。

📌 應用場景：

• 倉庫自動化（如 Amazon Picking Challenge）。
• 服務機器人 抓取物品。

工具庫：

• moveit_grasps：開源的抓取演算法。
• grasping_pipeline：使用感測器來調整抓取姿勢。

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3️⃣ MoveIt 2 vs MoveIt 1

MoveIt 2 是 MoveIt 的 ROS 2 版本，它與 MoveIt 1（ROS 1）有許多差異：

功能	MoveIt 1（ROS 1）	MoveIt 2（ROS 2）
支持平台	ROS 1 (Noetic)	ROS 2 (Humble, Foxy)
運動規劃	OMPL, CHOMP, STOMP	OMPL, CHOMP, STOMP
DDS 通訊	❌ 不支援	✅ 支援 ROS 2 DDS
實時控制（Real-Time）	❌ 無即時性	✅ 低延遲，高效能
Gazebo 支援	Gazebo Classic	Gazebo Ignition
感測器整合	需手動設定	原生支援 ROS 2 感測器
開發狀態	即將停止支援（Noetic 2025 年 EOL）	持續開發中，建議新專案使用

📌 結論：

• 如果你使用 ROS 2，應該選擇 MoveIt 2。
• 如果你仍在使用 ROS 1（Noetic），可以使用 MoveIt 1，但 Noetic 將於 2025 年 EOL。

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4️⃣ 如何在 ROS 2 安裝 MoveIt 2

🔹 1. 安裝 MoveIt 2

在 ROS 2 Humble 版本中安裝 MoveIt 2：

bash
sudo apt update
sudo apt install ros-humble-moveit ros-humble-moveit-ros ros-humble-moveit-setup-assistant

🔹 2. 啟動 MoveIt 2

bash
ros2 launch moveit_demo_nodes demo.launch.py

這將開啟一個 MoveIt 2 示例，並在 RViz 中顯示機械臂。

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📌 總結

✅ MoveIt 是 ROS 內最常用的運動規劃框架，支援 機械臂、機器手、感測器。
✅ MoveIt 2 是 ROS 2 版本，支援即時控制、DDS、Gazebo Ignition。
✅ 新專案應該使用 MoveIt 2，而不是 MoveIt 1。

🚀 如果你在開發機械臂應用，MoveIt 會是你的最佳選擇！ 🎉