panda 物体抓取和放置_setikframe-优快云博客

一、规避障碍物
1.1 Add include for Planning Scene Interface

添加引用头文件：

#include <moveit/planning_scene_interface/planning_scene_interface.h>

1.2 Change the Target Pose

重新设定目标位姿：

    // Set a target Pose
    auto const target_pose = [] {
        geometry_msgs::msg::Pose msg;
        msg.orientation.w = 1.0;
        msg.position.x = 0.28;
        msg.position.y = 0.4; // <---- This value was changed
        msg.position.z = 0.5;
        return msg;
    }();
    move_group_interface.setPoseTarget(target_pose);

1.3 Create a Collision Object

在场景中建立一个障碍物模型。如果机器人连接有感知设备，则这一信息应当由感知设备提供。这段代码最后的ADD将这一模型加入碰撞检测的场景中。这段代码应该位于设定目标位姿和进行运动规划的代码之间。

    // Create collision object for the robot to avoid
    auto const collision_object = [frame_id = move_group_interface.getPlanningFrame()] // 捕获列表
    {
        moveit_msgs::msg::CollisionObject collision_object; // 构造CollisionObject消息

        // 设置物体属性
        collision_object.header.frame_id = frame_id;
        collision_object.id = "box1";

        // 定义物体形状
        shape_msgs::msg::SolidPrimitive primitive;
        primitive.type = primitive.BOX;
        primitive.dimensions.resize(3);
        primitive.dimensions[primitive.BOX_X] = 0.5; // X,Y,Z尺寸
        primitive.dimensions[primitive.BOX_Y] = 0.1;
        primitive.dimensions[primitive.BOX_Z] = 0.5;

        // 设置物体位姿
        geometry_msgs::msg::Pose box_pose;
        box_pose.orientation.w = 1.0;
        box_pose.position.x = 0.2;
        box_pose.position.y = 0.2;
        box_pose.position.z = 0.25;

            // 组合消息
        collision_object.primitives.push_back(primitive);
        collision_object.primitive_poses.push_back(box_pose);
        collision_object.operation = collision_object.ADD;

        return collision_object;
    }(); // 立即执行lambda

1.4 Add the Object to the Planning Scene

将以上碰撞场景模型加入到运动规划场景中：

    // Add the collision object to the scene
      // 添加碰撞障碍物到场景中
     moveit::planning_interface::PlanningSceneInterface planning_scene_interface;
     planning_scene_interface.applyCollisionObject(collision_object);

1.5 Run the Program and Observe the Change

按照之前Visualizing RViz的步骤进行操作：首先，在 termianl0 中构建程序：

    cd ~/ws_moveit2
    source /opt/ros/humble/setup.bash
    colcon build --mixin debug

然后，在 terminal1 中打开RViz：

    cd ~/ws_moveit2
    source install/setup.bash
    ros2 launch moveit2_tutorials demo.launch.py

取消其中的MotionPlanning；

增加MarkerArray，设置其节点为/rviz_visual_tools；

增加一个RVizVisualToolGUI。

最后，在terminal 2 中运行场景设置和运动规划程序：

    cd ~/ws_moveit2
    source install/setup.bash
    ros2 run hello_moveit hello_moveit

可以看到RViz场景中加入了障碍物，并在这一前提下进行了运动规划并进行执行：

1.6 完整代码

    #include <moveit/move_group_interface/move_group_interface.hpp>
    #include <moveit/planning_scene_interface/planning_scene_interface.hpp>
    #include <moveit_visual_tools/moveit_visual_tools.h>

    #include <memory>
    #include <rclcpp/rclcpp.hpp>
    #include <thread>

    int main(int argc, char *argv[])
    {
        // Initialize ROS and create the Node
        rclcpp::init(argc, argv);
        auto const node = std::make_shared<rclcpp::Node>(
            "hello_moveit", rclcpp::NodeOptions().automatically_declare_parameters_from_overrides(true));

        // Create a ROS logger
        auto const logger = rclcpp::get_logger("hello_moveit");

        // We spin up a SingleThreadedExecutor for the current state monitor to get
        // information about the robot's state.
        rclcpp::executors::SingleThreadedExecutor executor;
        executor.add_node(node);
        auto spinner = std::thread([&executor]()
                                   { executor.spin(); });

        // Create the MoveIt MoveGroup Interface
        using moveit::planning_interface::MoveGroupInterface;
        auto move_group_interface = MoveGroupInterface(node, "manipulator");

        // Construct and initialize MoveItVisualTools
        auto moveit_visual_tools =
            moveit_visual_tools::MoveItVisualTools{node, "base_link", rviz_visual_tools::RVIZ_MARKER_TOPIC,
                                                   move_group_interface.getRobotModel()};
        moveit_visual_tools.deleteAllMarkers();
        moveit_visual_tools.loadRemoteControl();

        // Create a closure for updating the text in rviz
        auto const draw_title = [&moveit_visual_tools](auto text)
        {
            auto const text_pose = []
            {
                auto msg = Eigen::Isometry3d::Identity();
                msg.translation().z() = 1.0;
                return msg;
            }();
            moveit_visual_tools.publishText(text_pose, text, rviz_visual_tools::WHITE, rviz_visual_tools::XLARGE);
        };
        auto const prompt = [&moveit_visual_tools](auto text)
        { moveit_visual_tools.prompt(text); };
        auto const draw_trajectory_tool_path =
            [&moveit_visual_tools, jmg = move_group_interface.getRobotModel()->getJointModelGroup("manipulator")](
                auto const trajectory)
        { moveit_visual_tools.publishTrajectoryLine(trajectory, jmg); };

        // Set a target Pose with updated values !!!
        auto const target_pose = []
        {
            geometry_msgs::msg::Pose msg;
            msg.orientation.y = 0.8;
            msg.orientation.w = 0.6;
            msg.position.x = 0.1;
            msg.position.y = 0.4;
            msg.position.z = 0.4;
            return msg;
        }();
        move_group_interface.setPoseTarget(target_pose);

        // Create collision object for the robot to avoid
        auto const collision_object = [frame_id = move_group_interface.getPlanningFrame()] // 捕获列表
        {
            moveit_msgs::msg::CollisionObject collision_object; // 构造CollisionObject消息

            // 设置物体属性
            collision_object.header.frame_id = frame_id;
            collision_object.id = "box1";

            // 定义物体形状
            shape_msgs::msg::SolidPrimitive primitive;
            primitive.type = primitive.BOX;
            primitive.dimensions.resize(3);
            primitive.dimensions[primitive.BOX_X] = 0.5; // X,Y,Z尺寸
            primitive.dimensions[primitive.BOX_Y] = 0.1;
            primitive.dimensions[primitive.BOX_Z] = 0.5;

            // 设置物体位姿
            geometry_msgs::msg::Pose box_pose;
            box_pose.orientation.w = 1.0;
            box_pose.position.x = 0.2;
            box_pose.position.y = 0.2;
            box_pose.position.z = 0.25;

                // 组合消息
            collision_object.primitives.push_back(primitive);
            collision_object.primitive_poses.push_back(box_pose);
            collision_object.operation = collision_object.ADD;

            return collision_object;
        }(); // 立即执行lambda

        // Add the collision object to the scene
        moveit::planning_interface::PlanningSceneInterface planning_scene_interface;
        planning_scene_interface.applyCollisionObject(collision_object);

        // Create a plan to that target pose
        prompt("Press 'next' in the RvizVisualToolsGui window to plan");
        draw_title("Planning");
        moveit_visual_tools.trigger(); // 强制渲染
        auto const [success, plan] = [&move_group_interface]
        {
            moveit::planning_interface::MoveGroupInterface::Plan msg;
            auto const ok = static_cast<bool>(move_group_interface.plan(msg));
            return std::make_pair(ok, msg);
        }();

        // Execute the plan
        if (success)
        {
            draw_trajectory_tool_path(plan.trajectory);
            moveit_visual_tools.trigger();
            prompt("Press 'next' in the RvizVisualToolsGui window to execute");
            draw_title("Executing");
            moveit_visual_tools.trigger();
            move_group_interface.execute(plan);
        }
        else
        {
            draw_title("Planning Failed!");
            moveit_visual_tools.trigger();
            RCLCPP_ERROR(logger, "Planning failed!");
        }

        // Shutdown ROS
        rclcpp::shutdown();
        spinner.join();
        return 0;
    }

二、panda 机械臂抓取和放置

直接展示完整代码：含详细解析：

    /*
     * @Author: Gui林
     * @Date: 2025-04-15 13:22:22
     * @function: 实现了一个基于 MoveIt Task Constructor（MTC）的机械臂任务规划与执行示例，
                  核心功能是创建一个包含多个规划阶段的任务，并执行该任务.
     * @FilePath: \ROS2\moveit_control.cpp
     * @LastEditTime: 2025-04-23 13:35:13
    */
    #include <rclcpp/rclcpp.hpp>
    #include <moveit/planning_scene/planning_scene.h>
    #include <moveit/planning_scene_interface/planning_scene_interface.h>
    #include <moveit/task_constructor/task.h>
    #include <moveit/task_constructor/solvers.h>
    #include <moveit/task_constructor/stages.h>
    #if __has_include(<tf2_geometry_msgs/tf2_geometry_msgs.hpp>) // 宏检测是否存在某个头文件
    #include <tf2_geometry_msgs/tf2_geometry_msgs.hpp>
    #else
    #include <tf2_geometry_msgs/tf2_geometry_msgs.h>
    #endif
    #if __has_include(<tf2_eigen/tf2_eigen.hpp>)
    #include <tf2_eigen/tf2_eigen.hpp>
    #else
    #include <tf2_eigen/tf2_eigen.h>
    #endif

    static const rclcpp::Logger LOGGER = rclcpp::get_logger("mtc_tutorial");
    namespace mtc = moveit::task_constructor;

    class MTCTaskNode
    {
    public:
        MTCTaskNode(const rclcpp::NodeOptions &options);
        rclcpp::node_interfaces::NodeBaseInterface::SharedPtr getNodeBaseInterface();
        void doTask();
        void setupPlanningScene();

    private:
        // Compose an MTC task from a series of stages.
        mtc::Task createTask();
        mtc::Task task_;
        rclcpp::Node::SharedPtr node_;
    };

    // 获取节点的基础接口：让外部代码访问 ROS 2 节点的最小功能接口（NodeBaseInterface），而不暴露完整的 Node 对象。
    rclcpp::node_interfaces::NodeBaseInterface::SharedPtr MTCTaskNode::getNodeBaseInterface()
    {
        return node_->get_node_base_interface();
    }

    MTCTaskNode::MTCTaskNode(const rclcpp::NodeOptions &options) : node_{std::make_shared<rclcpp::Node>("mtc_node", options)}
    {
    }

    // 规划场景设置
    void MTCTaskNode::setupPlanningScene()
    {
        moveit_msgs::msg::CollisionObject object;
        object.id = "object";
        object.header.frame_id = "world";
        object.primitives.resize(1);
        object.primitives[0].type = shape_msgs::msg::SolidPrimitive::CYLINDER;
        object.primitives[0].dimensions = {0.1, 0.02};

        geometry_msgs::msg::Pose pose;
        pose.position.x = 0.5;
        pose.position.y = -0.25;
        pose.orientation.w = 1.0;
        object.pose = pose;

        moveit::planning_interface::PlanningSceneInterface psi;
        psi.applyCollisionObject(object);
    }

    // 任务执行流程
    void MTCTaskNode::doTask()
    {
        task_ = createTask(); // 1.创建任务

        try
        {
            task_.init(); // 2.初始化任务
        }
        catch (mtc::InitStageException &e)
        {
            RCLCPP_ERROR_STREAM(LOGGER, e);
            return;
        }

        if (!task_.plan(5))
        { // 3.规划任务，超时5秒
            RCLCPP_ERROR_STREAM(LOGGER, "Task planning failed");
            return;
        }
        task_.introspection().publishSolution(*task_.solutions().front()); // 4.发布可视化结果

        auto result = task_.execute(*task_.solutions().front()); // 5.执行规划结果
        if (result.val != moveit_msgs::msg::MoveItErrorCodes::SUCCESS)
        {
            RCLCPP_ERROR_STREAM(LOGGER, "Task execution failed");
            return;
        }

        return;
    }

    // 任务构造
    mtc::Task MTCTaskNode::createTask()
    {
        mtc::Task task;
        task.stages()->setName("demo task");
        task.loadRobotModel(node_); // 加载机器人模型

        const auto &arm_group_name = "panda_arm";
        const auto &hand_group_name = "hand";
        const auto &hand_frame = "panda_hand";

        // 设置任务属性
        task.setProperty("group", arm_group_name); // 控制机械臂组
        task.setProperty("eef", hand_group_name); // 末端执行器组
        task.setProperty("ik_frame", hand_frame); // 逆运动学参考框架

    // Disable warnings for this line, as it's a variable that's set but not used in this example
    #pragma GCC diagnostic push
    #pragma GCC diagnostic ignored "-Wunused-but-set-variable"
        mtc::Stage *current_state_ptr = nullptr; // Forward current_state on to grasp pose generator
    #pragma GCC diagnostic pop

        // 添加任务阶段
        auto stage_state_current = std::make_unique<mtc::stages::CurrentState>("current");
        current_state_ptr = stage_state_current.get(); // 保存指针供后续使用
        task.add(std::move(stage_state_current));      // 添加当前状态阶段

        // 求解器
        auto sampling_planner = std::make_shared<mtc::solvers::PipelinePlanner>(node_);           // 使用 MoveIt 的规划管道，通常默认为 OMPL
        auto interpolation_planner = std::make_shared<mtc::solvers::JointInterpolationPlanner>(); // 是一个简单的规划器，它在 Start 和 Goal Joint 状态之间进行插值

        auto cartesian_planner = std::make_shared<mtc::solvers::CartesianPath>(); // 笛卡尔路径规划器
        cartesian_planner->setMaxVelocityScalingFactor(1.0);
        cartesian_planner->setMaxAccelerationScalingFactor(1.0);
        cartesian_planner->setStepSize(.01);

        // 添加“打开手爪”阶段
        auto stage_open_hand = std::make_unique<mtc::stages::MoveTo>("open hand", interpolation_planner); // 创建移动任务阶段，并指定关节空间插值规划器
        stage_open_hand->setGroup(hand_group_name);                                                       // 设置目标运动组如 "hand" 或 "gripper"
        stage_open_hand->setGoal("open");                                                                 // 设置目标为命名位形（来自SRDF）需预定义
        task.add(std::move(stage_open_hand));                                                             // 将阶段添加到任务流水线

        // Pick stages
        auto stage_move_to_pick = std::make_unique<mtc::stages::Connect>(
            "move to pick",     // Connect会尝试连接前一个阶段的结束状态和下一个阶段的开始状态
            mtc::stages::Connect::GroupPlannerVector{{arm_group_name, sampling_planner}}); // 规划器和运动组配置
        stage_move_to_pick->setTimeout(5.0);                                                                                                            // 超时时间设为 5 秒
        stage_move_to_pick->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT);                                                                         // 继承父阶段属性
        task.add(std::move(stage_move_to_pick));                                                                                                        // 添加到任务

        mtc::Stage *attach_object_stage = nullptr; // 创建一个指向MoveIt Task Constructor阶段对象的指针，并将其设置为nullptr，稍后将用于保存阶段。
        {
            auto grasp = std::make_unique<mtc::SerialContainer>("pick object");
            task.properties().exposeTo(grasp->properties(), {"eef", "group", "ik_frame"});           // 将父任务（task）的指定属性动态绑定到子容器（grasp）的属性
            grasp->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, {"eef", "group", "ik_frame"}); // 初始化属性继承

            { // 1.创建一个MoveRelative阶段，用于接近物体
                auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveRelative>("approach object", cartesian_planner); // MTC 中的相对运动阶段，沿指定方向移动一定距离
                stage->properties().set("marker_ns", "approach_object");                                        // 设置可视化标记命名空间
                stage->properties().set("link", hand_frame);                                                    // 指定运动参考坐标系
                stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, {"group"});                           // 从父容器（grasp）继承 group 属性
                stage->setMinMaxDistance(0.1, 0.15);                                                            // 规划器会在此范围内生成运动路径（例如：沿方向移动 10~15 厘米）

                geometry_msgs::msg::Vector3Stamped vec; // Set hand forward direction
                vec.header.frame_id = hand_frame;
                vec.vector.z = 1.0;
                stage->setDirection(vec);
                grasp->insert(std::move(stage)); // 将阶段添加到容器
            }

            { // 2.创建一个阶段来生成抓取姿态
                // 生成围绕目标物体（object）的多个候选抓取位姿，考虑物体几何和抓取方向
                auto stage = std::make_unique<mtc::stages::GenerateGraspPose>("generate grasp pose");
                stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT); // 继承父容器属性
                stage->properties().set("marker_ns", "grasp_pose");        // RViz中显示的标记命名空间
                stage->setPreGraspPose("open");                            // 预抓取姿态（来自SRDF）
                stage->setObject("object");                                // 目标物体的ID（需与PlanningScene中一致）
                stage->setAngleDelta(M_PI / 12);                           // 旋转步长（15度）
                stage->setMonitoredStage(current_state_ptr);               // 监听当前状态

                // 抓取坐标系变换 (Eigen::Isometry3d)
                Eigen::Isometry3d grasp_frame_transform;
                Eigen::Quaterniond q = Eigen::AngleAxisd(M_PI / 2, Eigen::Vector3d::UnitX()) *
                                       Eigen::AngleAxisd(M_PI / 2, Eigen::Vector3d::UnitY()) *
                                       Eigen::AngleAxisd(M_PI / 2, Eigen::Vector3d::UnitZ());
                grasp_frame_transform.linear() = q.matrix();
                grasp_frame_transform.translation().z() = 0.1; // = 0.1 表示抓取点沿手爪Z轴偏移10cm（补偿物体中心到手爪的距离）

                // 将生成的抓取位姿通过逆运动学（IK）转换为机械臂关节空间解
                auto wrapper = std::make_unique<mtc::stages::ComputeIK>("grasp pose IK", std::move(stage));
                wrapper->setMaxIKSolutions(8);                                                   // 最大IK解数量
                wrapper->setMinSolutionDistance(1.0);                                            // 解之间的最小关节空间距离
                wrapper->setIKFrame(grasp_frame_transform, hand_frame);                          // 设置IK参考坐标系
                wrapper->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, {"eef", "group"});   // 继承属性
                wrapper->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::INTERFACE, {"target_pose"}); // 从接口继承目标位姿
                grasp->insert(std::move(wrapper));                                               // 是外层的SerialContainer,此阶段会作为抓取任务的一个子阶段插入
            }

            { // 3.修改规划场景(ModifyPlanningScene) 的阶段，专门用于在抓取过程中允许机械手(hand)和目标物体(object)之间的碰撞
                // 创建了一个名为"allow collision (hand,object)"的ModifyPlanningScene阶段
                auto stage = std::make_unique<mtc::stages::ModifyPlanningScene>("allow collision (hand,object)");
                stage->allowCollisions("object", //目标物体指定
                                                 // 获取机械手组(hand_group_name)中所有具有碰撞几何体的连杆名称
                                        task.getRobotModel() ->getJointModelGroup(hand_group_name) ->getLinkModelNamesWithCollisionGeometry(),
                                        true);   // 参数true表示允许这些连杆与物体之间的碰撞
                grasp->insert(std::move(stage)); // 将这个阶段添加到抓取容器(grasp)中
            }

            { // 4.关闭手部
                auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveTo>("close hand", interpolation_planner);
                stage->setGroup(hand_group_name);
                stage->setGoal("close");
                grasp->insert(std::move(stage));
            }

            { // 5.再次使用ModifyPlanningScene阶段，这次是将物体附加到手部，使用attachObject
                auto stage = std::make_unique<mtc::stages::ModifyPlanningScene>("attach object");
                stage->attachObject("object", hand_frame);
                attach_object_stage = stage.get();
                grasp->insert(std::move(stage));
            }

            { // 6.创建了一个 MoveRelative 阶段，用于在抓取物体后将其垂直提起。这是抓取操作中常见的"提起"步骤，确保物体安全离开支撑表面
                // 创建一个相对运动阶段，命名为 "lift object"，使用 cartesian_planner（笛卡尔空间规划器）
                auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveRelative>("lift object", cartesian_planner);
                stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, { "group" }); // 从父容器（grasp）继承 group 属性
                stage->setMinMaxDistance(0.1, 0.3); // 沿指定方向移动 10-30厘米，规划器会在此范围内寻找无碰撞的最优距离
                stage->setIKFrame(hand_frame); // 指定逆运动学计算的参考坐标系（末端执行器坐标系）如 "panda_hand"
                stage->properties().set("marker_ns", "lift_object"); // RViz 可视化标记

                // 运动方向定义
                geometry_msgs::msg::Vector3Stamped vec;
                vec.header.frame_id = "world"; // 参考坐标系设为世界坐标系
                vec.vector.z = 1.0;             // 沿世界坐标系的Z轴正方向（垂直向上）
                stage->setDirection(vec);
                grasp->insert(std::move(stage));
            }
            task.add(std::move(grasp));
        }

        // Place stages
        { // 1.创建了一个 Connect 阶段，用于规划机械臂和手爪从当前位置到放置位置的过渡运动
            auto stage_move_to_place = std::make_unique<mtc::stages::Connect>(
                "move to place",
                mtc::stages::Connect::GroupPlannerVector{{arm_group_name, sampling_planner},    // 机械臂运动组
                                                         {hand_group_name, sampling_planner}}); // 手爪运动组
            stage_move_to_place->setTimeout(5.0); // 5秒超时
            stage_move_to_place->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT); // 从父任务继承 eef、group 等属性
            task.add(std::move(stage_move_to_place));
        }

        { // 2.创建了一个串行容器（SerialContainer）用于组织放置物体的多个子阶段，并通过属性配置确保其继承父任务的参数
            auto place = std::make_unique<mtc::SerialContainer>("place object");
            task.properties().exposeTo(place->properties(), {"eef", "group", "ik_frame"}); // 将父任务（task）的 eef（末端执行器）、group（运动组）、ik_frame（逆运动学参考帧）属性动态绑定到子容器。
            place->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, {"eef", "group", "ik_frame"});// 从父任务复制初始值到子容器（仅初始化时生效，后续父任务修改不影响子容器）

            { // 3.创建了一个放置位姿生成与逆运动学求解的复合阶段，用于计算机械臂放置物体时的目标位姿和可行关节解
                auto stage = std::make_unique<mtc::stages::GeneratePlacePose>("generate place pose"); // 生成放置位姿阶段
                stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT); // 继承父容器属性
                stage->properties().set("marker_ns", "place_pose");         // RViz可视化标记的命名空间
                stage->setObject("object");                                 // 要放置的物体ID

                // 放置位姿设置
                geometry_msgs::msg::PoseStamped target_pose_msg;
                target_pose_msg.header.frame_id = "object";     // 相对于物体坐标系
                target_pose_msg.pose.position.y = 0.5;          // 沿物体Y轴偏移0.5米
                target_pose_msg.pose.orientation.w = 1.0;       // 无旋转（四元数单位态）
                stage->setPose(target_pose_msg);                // 设置相对位姿
                stage->setMonitoredStage(attach_object_stage); // 确保物体仍附着在机械手上

                // 逆运动学求解阶段
                auto wrapper = std::make_unique<mtc::stages::ComputeIK>("place pose IK", std::move(stage)); // 将放置位姿转换为机械臂关节空间解
                wrapper->setMaxIKSolutions(2);          // 最多计算2个IK解
                wrapper->setMinSolutionDistance(1.0);   // 解之间的最小关节空间距离
                wrapper->setIKFrame("object");          // 以物体坐标系为IK参考
                wrapper->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, {"eef", "group"}); // 继承属性
                wrapper->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::INTERFACE, {"target_pose"});// 从接口继承目标位姿
                place->insert(std::move(wrapper));      // 加入容器
            }

            { // 4.创建了一个 MoveTo 阶段，用于在放置物体后控制手爪（夹爪）张开到预定义的"open"位置
                auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveTo>("open hand", interpolation_planner);
                stage->setGroup(hand_group_name);
                stage->setGoal("open");
                place->insert(std::move(stage));
            }

            { // 5.创建了一个 ModifyPlanningScene 阶段，用于在放置操作完成后重新禁止机械手与物体之间的碰撞检测
                auto stage = std::make_unique<mtc::stages::ModifyPlanningScene>("forbid collision"); // 创建一个修改规划场景的阶段，命名为 "forbid collision"
                stage->allowCollisions("object", // 目标物体ID
                                    // 获取机械手所有带碰撞几何的连杆名称
                                       task.getRobotModel()->getJointModelGroup(hand_group_name)->getLinkModelNamesWithCollisionGeometry(),
                                       false); // 禁止碰撞
                place->insert(std::move(stage));// 加入容器
            }

            { // 6.创建了一个 ModifyPlanningScene 阶段，专门用于将已抓取的物体从机械手上分离（detach）
                auto stage = std::make_unique<mtc::stages::ModifyPlanningScene>("detach object");
                stage->detachObject("object", hand_frame); // 物体分离操作
                place->insert(std::move(stage));// 加入容器
            }

            { // 7.创建了一个 MoveRelative 阶段，用于在放置物体后控制机械臂沿世界坐标系X轴负方向后退一定距离，实现安全撤离
                // 创建一个相对运动阶段，命名为 "retreat"（安全撤离）规划器：使用 cartesian_planner（笛卡尔空间规划器）
                auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveRelative>("retreat", cartesian_planner);
                stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, {"group"}); // 从父容器（place）继承 group 属性（如 "panda_arm"）
                stage->setMinMaxDistance(0.1, 0.3); // 沿指定方向移动 10-30厘米
                stage->setIKFrame(hand_frame);      // 逆运动学参考坐标系
                stage->properties().set("marker_ns", "retreat"); // RViz可视化标记

                // 运动方向定义
                geometry_msgs::msg::Vector3Stamped vec;
                vec.header.frame_id = "world"; // 参考坐标系设为世界坐标系为什么用世界坐标系？确保撤离方向固定（通常为机械臂基座的后方），不受机械手当前姿态影响
                vec.vector.x = -0.5;            // 沿世界坐标系X轴负方向
                stage->setDirection(vec);
                place->insert(std::move(stage));
            }

            task.add(std::move(place));
        }

        { // 8.创建了一个 MoveTo 阶段，用于控制机械臂返回预定义的"ready"（就绪）位置，通常用于任务结束后的复位操作
            auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveTo>("return home", interpolation_planner);
            stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, {"group"});
            stage->setGoal("ready");
            task.add(std::move(stage));
        }

        return task;
    }

    int main(int argc, char **argv)
    {
        rclcpp::init(argc, argv);

        // 作用：启用节点参数的自动声明机制，允许通过构造函数参数或命令行参数直接覆盖参数值，而无需预先声明
        rclcpp::NodeOptions options;
        options.automatically_declare_parameters_from_overrides(true);

        auto mtc_task_node = std::make_shared<MTCTaskNode>(options);
        rclcpp::executors::MultiThreadedExecutor executor;

        auto spin_thread = std::make_unique<std::thread>([&executor, &mtc_task_node]()
                                                         {
                                                             executor.add_node(mtc_task_node->getNodeBaseInterface());    // 添加节点到执行器
                                                             executor.spin();                                             // 启动执行器
                                                             executor.remove_node(mtc_task_node->getNodeBaseInterface()); // 清理节点
                                                         });

        mtc_task_node->setupPlanningScene(); // 设置场景
        mtc_task_node->doTask();             // 执行任务

        spin_thread->join(); // 等待 spin_thread 线程结束
        rclcpp::shutdown(); // 关闭 ROS 2 节点
        return 0;
    }

2.1 下载 MoveIt 任务构造函数

cd ~/ws_moveit2/src
git clone https://github.com/ros-planning/moveit_task_constructor.git -b humble

创建新包：

ros2 pkg create mtc_tutorial --build-type ament_cmake --dependencies moveit_task_constructor_core rclcpp --node-name mtc_tutorial

添加依赖：

    <?xml version="1.0"?>
    <?xml-model href="http://download.ros.org/schema/package_format3.xsd" schematypens="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"?>
    <package format="3">
    <name>mtc_tutorial</name>
    <version>0.0.0</version>
    <description>TODO: Package description</description>
    <maintainer email="youremail@domain.com">user</maintainer>
    <license>TODO: License declaration</license>

    <buildtool_depend>ament_cmake</buildtool_depend>

    <depend>moveit_task_constructor_core</depend>
    <depend>rclcpp</depend>

    <test_depend>ament_lint_auto</test_depend>
    <test_depend>ament_lint_common</test_depend>

    <export>
        <build_type>ament_cmake</build_type>
    </export>
    </package>

    cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
    project(mtc_tutorial)

    if(CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
    add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
    endif()

    # find dependencies
    find_package(ament_cmake REQUIRED)
    find_package(moveit_task_constructor_core REQUIRED)
    find_package(rclcpp REQUIRED)
    # uncomment the following section in order to fill in
    # further dependencies manually.
    # find_package(<dependency> REQUIRED)

    add_executable(mtc_tutorial src/mtc_tutorial.cpp)
    ament_target_dependencies(mtc_tutorial moveit_task_constructor_core rclcpp)
    target_include_directories(mtc_tutorial PUBLIC
    $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/include>
    $<INSTALL_INTERFACE:include>)
    target_compile_features(mtc_tutorial PUBLIC c_std_99 cxx_std_17) # Require C99 and C++17

    install(TARGETS mtc_tutorial
    DESTINATION lib/${PROJECT_NAME})

    if(BUILD_TESTING)
    find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
    # the following line skips the linter which checks for copyrights
    # uncomment the line when a copyright and license is not present in all source files
    #set(ament_cmake_copyright_FOUND TRUE)
    # the following line skips cpplint (only works in a git repo)
    # uncomment the line when this package is not in a git repo
    #set(ament_cmake_cpplint_FOUND TRUE)
    ament_lint_auto_find_test_dependencies()
    endif()

    ament_package()

2.2 使用 MoveIt 任务构造函数设置项目

在您选择的编辑器中打开，然后粘贴以下代码。mtc_tutorial.cpp

    #include <rclcpp/rclcpp.hpp>
    #include <moveit/planning_scene/planning_scene.h>
    #include <moveit/planning_scene_interface/planning_scene_interface.h>
    #include <moveit/task_constructor/task.h>
    #include <moveit/task_constructor/solvers.h>
    #include <moveit/task_constructor/stages.h>
    #if __has_include(<tf2_geometry_msgs/tf2_geometry_msgs.hpp>)
    #include <tf2_geometry_msgs/tf2_geometry_msgs.hpp>
    #else
    #include <tf2_geometry_msgs/tf2_geometry_msgs.h>
    #endif
    #if __has_include(<tf2_eigen/tf2_eigen.hpp>)
    #include <tf2_eigen/tf2_eigen.hpp>
    #else
    #include <tf2_eigen/tf2_eigen.h>
    #endif

    static const rclcpp::Logger LOGGER = rclcpp::get_logger("mtc_tutorial");
    namespace mtc = moveit::task_constructor;

    class MTCTaskNode
    {
    public:
      MTCTaskNode(const rclcpp::NodeOptions& options);

      rclcpp::node_interfaces::NodeBaseInterface::SharedPtr getNodeBaseInterface();

      void doTask();

      void setupPlanningScene();

    private:
      // Compose an MTC task from a series of stages.
      mtc::Task createTask();
      mtc::Task task_;
      rclcpp::Node::SharedPtr node_;
    };

    rclcpp::node_interfaces::NodeBaseInterface::SharedPtr MTCTaskNode::getNodeBaseInterface()
    {
      return node_->get_node_base_interface();
    }

    MTCTaskNode::MTCTaskNode(const rclcpp::NodeOptions& options)
      : node_{ std::make_shared<rclcpp::Node>("mtc_node", options) }
    {
    }

    void MTCTaskNode::setupPlanningScene()
    {
      moveit_msgs::msg::CollisionObject object;
      object.id = "object";
      object.header.frame_id = "world";
      object.primitives.resize(1);
      object.primitives[0].type = shape_msgs::msg::SolidPrimitive::CYLINDER;
      object.primitives[0].dimensions = { 0.1, 0.02 };

      geometry_msgs::msg::Pose pose;
      pose.position.x = 0.5;
      pose.position.y = -0.25;
      pose.orientation.w = 1.0;
      object.pose = pose;

      moveit::planning_interface::PlanningSceneInterface psi;
      psi.applyCollisionObject(object);
    }

    void MTCTaskNode::doTask()
    {
      task_ = createTask();

      try
      {
        task_.init();
      }
      catch (mtc::InitStageException& e)
      {
        RCLCPP_ERROR_STREAM(LOGGER, e);
        return;
      }

      if (!task_.plan(5))
      {
        RCLCPP_ERROR_STREAM(LOGGER, "Task planning failed");
        return;
      }
      task_.introspection().publishSolution(*task_.solutions().front());

      auto result = task_.execute(*task_.solutions().front());
      if (result.val != moveit_msgs::msg::MoveItErrorCodes::SUCCESS)
      {
        RCLCPP_ERROR_STREAM(LOGGER, "Task execution failed");
        return;
      }

      return;
    }

    mtc::Task MTCTaskNode::createTask()
    {
      mtc::Task task;
      task.stages()->setName("demo task");
      task.loadRobotModel(node_);

      const auto& arm_group_name = "panda_arm";
      const auto& hand_group_name = "hand";
      const auto& hand_frame = "panda_hand";

      // Set task properties
      task.setProperty("group", arm_group_name);
      task.setProperty("eef", hand_group_name);
      task.setProperty("ik_frame", hand_frame);

    // Disable warnings for this line, as it's a variable that's set but not used in this example
    #pragma GCC diagnostic push
    #pragma GCC diagnostic ignored "-Wunused-but-set-variable"
      mtc::Stage* current_state_ptr = nullptr; // Forward current_state on to grasp pose generator
    #pragma GCC diagnostic pop

      auto stage_state_current = std::make_unique<mtc::stages::CurrentState>("current");
      current_state_ptr = stage_state_current.get();
      task.add(std::move(stage_state_current));

      auto sampling_planner = std::make_shared<mtc::solvers::PipelinePlanner>(node_);
      auto interpolation_planner = std::make_shared<mtc::solvers::JointInterpolationPlanner>();

      auto cartesian_planner = std::make_shared<mtc::solvers::CartesianPath>();
      cartesian_planner->setMaxVelocityScalingFactor(1.0);
      cartesian_planner->setMaxAccelerationScalingFactor(1.0);
      cartesian_planner->setStepSize(.01);

      auto stage_open_hand =
          std::make_unique<mtc::stages::MoveTo>("open hand", interpolation_planner);
      stage_open_hand->setGroup(hand_group_name);
      stage_open_hand->setGoal("open");
      task.add(std::move(stage_open_hand));

      return task;
    }

    int main(int argc, char** argv)
    {
      rclcpp::init(argc, argv);

      rclcpp::NodeOptions options;
      options.automatically_declare_parameters_from_overrides(true);

      auto mtc_task_node = std::make_shared<MTCTaskNode>(options);
      rclcpp::executors::MultiThreadedExecutor executor;

      auto spin_thread = std::make_unique<std::thread>([&executor, &mtc_task_node]() {
        executor.add_node(mtc_task_node->getNodeBaseInterface());
        executor.spin();
        executor.remove_node(mtc_task_node->getNodeBaseInterface());
      });

      mtc_task_node->setupPlanningScene();
      mtc_task_node->doTask();

      spin_thread->join();
      rclcpp::shutdown();
      return 0;
    }

代码解释：

1.代码的顶部包括此包使用的 ROS 和 MoveIt 库。

    rclcpp/rclcpp.hpp包括核心 ROS2 功能
    moveit/planning_scene/planning_scene.h并包括与 Robot 模型和碰撞对象交互的功能moveit/planning_scene_interface/planning_scene_interface.h
    moveit/task_constructor/task.h、和，并包括示例中使用的 MoveIt 任务构造函数的不同组件moveit/task_constructor/solvers.hmoveit/task_constructor/stages.h
    tf2_geometry_msgs/tf2_geometry_msgs.hpp，并且不会在此初始示例中使用，但当我们向 MoveIt Task Constructor 任务添加更多阶段时，它们将用于姿势生成。tf2_eigen/tf2_eigen.hpp

2.下一行获取新节点的日志（ Logger）。为了方便起见，我们还为moveit::task_constructor创建了一个命名空间别名。

3.定义一个类，该类将包含主要的 MoveIt Task Constructor 功能。

    class MTCTaskNode
    {
    public:
      MTCTaskNode(const rclcpp::NodeOptions& options);

      rclcpp::node_interfaces::NodeBaseInterface::SharedPtr getNodeBaseInterface();

      void doTask();

      void setupPlanningScene();

    private:
      // Compose an MTC task from a series of stages.
      mtc::Task createTask();
      mtc::Task task_;
      rclcpp::Node::SharedPtr node_;
    };

4.获取 node 的基本接口，该接口稍后将用于 executor。

    rclcpp::node_interfaces::NodeBaseInterface::SharedPtr MTCTaskNode::getNodeBaseInterface()
    {
      return node_->get_node_base_interface();
    }

5.初始化节点。

    MTCTaskNode::MTCTaskNode(const rclcpp::NodeOptions& options)
      : node_{ std::make_shared<rclcpp::Node>("mtc_node", options) }
    {
    }

6.设置示例中使用的规划场景。它将创建一个尺寸由object.primitives[0].dimensions设置，pose.position.z和pose.position.x 指定位置的圆柱体。您可以尝试更改这些数字以调整圆柱体的大小并四处移动。如果将圆柱体移到机器人够不到的地方，规划就会失败。

    void MTCTaskNode::setupPlanningScene()
    {
      moveit_msgs::msg::CollisionObject object;
      object.id = "object";
      object.header.frame_id = "world";
      object.primitives.resize(1);
      object.primitives[0].type = shape_msgs::msg::SolidPrimitive::CYLINDER;
      object.primitives[0].dimensions = { 0.1, 0.02 };

      geometry_msgs::msg::Pose pose;
      pose.position.x = 0.5;
      pose.position.y = -0.25;
      object.pose = pose;

      moveit::planning_interface::PlanningSceneInterface psi;
      psi.applyCollisionObject(object);
    }

7.此函数与 MoveIt Task Constructor 任务对象交互。它首先创建一个任务，其中包括设置一些属性和添加阶段。

    void MTCTaskNode::doTask()
    {
      task_ = createTask();

      try
      {
        task_.init();
      }
      catch (mtc::InitStageException& e)
      {
        RCLCPP_ERROR_STREAM(LOGGER, e);
        return;
      }

      if (!task_.plan(5))
      {
        RCLCPP_ERROR_STREAM(LOGGER, "Task planning failed");
        return;
      }
      task_.introspection().publishSolution(*task_.solutions().front());

      auto result = task_.execute(*task_.solutions().front());
      if (result.val != moveit_msgs::msg::MoveItErrorCodes::SUCCESS)
      {
        RCLCPP_ERROR_STREAM(LOGGER, "Task execution failed");
        return;
      }

      return;
    }

8.此函数创建一个 MoveIt Task Constructor 对象并设置一些初始属性。我们将任务名称设置为 “demo_task”。

    mtc::Task MTCTaskNode::createTask()
    {
      moveit::task_constructor::Task task;
      task.stages()->setName("demo task");
      task.loadRobotModel(node_);

      const auto& arm_group_name = "panda_arm";
      const auto& hand_group_name = "hand";
      const auto& hand_frame = "panda_hand";

      // Set task properties
      task.setProperty("group", arm_group_name);
      task.setProperty("eef", hand_group_name);
      task.setProperty("ik_frame", hand_frame);

9.将示例阶段添加到节点。创建一个阶段（生成器阶段）并将其添加到我们的任务中，这将以当前状态启动机器人。

    mtc::Stage* current_state_ptr = nullptr; // Forward current_state on to grasp pose generator
    auto stage_state_current = std::make_unique<mtc::stages::CurrentState>("current");
    current_state_ptr = stage_state_current.get();
    task.add(std::move(stage_state_current));

10.为了规划机器人运动，我们需要指定一个求解器。MoveIt Task Constructor 有三个求解器选项：

    1.PipelinePlanner    使用 MoveIt 的规划管道，通常默认为 OMPL。
    2.CartesianPath      用于在笛卡尔空间中沿直线移动末端效应器。
    3.JointInterpolation 是一个简单的规划器，它在 Start 和 Goal Joint 状态之间进行插值。它通常用于简单运动，因为它计算速度快，但不支持复杂运动。

11.为 Cartesian planner 设置特定的属性。

    auto sampling_planner = std::make_shared<mtc::solvers::PipelinePlanner>(node_);
    auto interpolation_planner = std::make_shared<mtc::solvers::JointInterpolationPlanner>();

    auto cartesian_planner = std::make_shared<mtc::solvers::CartesianPath>();
    cartesian_planner->setMaxVelocityScalingFactor(1.0);
    cartesian_planner->setMaxAccelerationScalingFactor(1.0);
    cartesian_planner->setStepSize(.01);

12.添加夹爪控制，由于打开是一个相对简单的动作，我们可以使用 joint interpolation planner。此阶段计划移动到“打开”姿势，这是在 SRDF 中为 panda 机器人定义的命名姿势。

     auto stage_open_hand =
          std::make_unique<mtc::stages::MoveTo>("open hand", interpolation_planner);
      stage_open_hand->setGroup(hand_group_name);
      stage_open_hand->setGoal("open");
      task.add(std::move(stage_open_hand));

      return task;
    }

13.最后，使用上面定义的类创建一个节点，并调用类方法来设置和执行基本的 MTC 任务。在此示例中，任务执行完毕后，我们不会取消执行程序，以保持节点处于活动状态以检查 RViz 中的解决方案。

    int main(int argc, char** argv)
    {
      rclcpp::init(argc, argv);

      rclcpp::NodeOptions options;
      options.automatically_declare_parameters_from_overrides(true);

      auto mtc_task_node = std::make_shared<MTCTaskNode>(options);
      rclcpp::executors::MultiThreadedExecutor executor;

      auto spin_thread = std::make_unique<std::thread>([&executor, &mtc_task_node]() {
        executor.add_node(mtc_task_node->getNodeBaseInterface());
        executor.spin();
        executor.remove_node(mtc_task_node->getNodeBaseInterface());
      });

      mtc_task_node->setupPlanningScene();
      mtc_task_node->doTask();

      spin_thread->join();
      rclcpp::shutdown();
      return 0;
    }

2.3 运行 Demo

需要创建一个启动文件来启动move_group、ros2_control、static_tf、robot_state_publisher和rviz等节点。同时，还需要一个启动文件来启动mtc_tutorial可执行文件，并加载URDF、SRDF和OMPL参数。

    from launch import LaunchDescription
    from launch_ros.actions import Node
    from moveit_configs_utils import MoveItConfigsBuilder

    def generate_launch_description():
        moveit_config = MoveItConfigsBuilder("moveit_resources_panda").to_dict()

        # MTC Demo node
        pick_place_demo = Node(
            package="mtc_tutorial",
            executable="mtc_tutorial",
            output="screen",
            parameters=[
                moveit_config,
            ],
        )

        return LaunchDescription([pick_place_demo])

将这个文件保存为pick_place_demo.launch.py，并确保在CMakeLists.txt中添加以下行以正确安装启动文件：

install(DIRECTORY launch DESTINATION share/${PROJECT_NAME})

构建工作空间：

    cd ~/ws_moveit2
    colcon build --mixin release
    source ~/ws_moveit2/install/setup.bash

启动第一个启动文件：

ros2 launch moveit2_tutorials mtc_demo.launch.py

启动mtc_tutorial节点：

ros2 launch mtc_tutorial pick_place_demo.launch.py

您应该看到机械臂执行任务，使用单个阶段打开手部，其前面是绿色的圆柱体。它应如下所示：

如果您还没有创建自己的包，但仍想查看它是什么样子，您可以从教程中启动此文件：

ros2 launch moveit2_tutorials mtc_demo_minimal.launch.py

2.4 添加 pick-and-place 任务

1.我们需要移动机械臂到可以抓取物体的位置。这通过阶段实现，它尝试连接前一个阶段和后一个阶段的结果。这个阶段初始化时需要一个名称和一个GroupPlannerVector，用于指定规划组和规划器。然后，设置阶段的超时时间、属性，并将其添加到任务中。

    auto stage_move_to_pick = std::make_unique<mtc::stages::Connect>(
        "move to pick",
        mtc::stages::Connect::GroupPlannerVector{ { arm_group_name, sampling_planner } });
    stage_move_to_pick->setTimeout(5.0);
    stage_move_to_pick->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT);
    task.add(std::move(stage_move_to_pick));

2.接下来，创建一个指向MoveIt Task Constructor阶段对象的指针，并将其设置为nullptr，稍后将用于保存阶段。

mtc::Stage* attach_object_stage = nullptr; // Forward attach_object_stage to place pose generator

3.创建一个SerialContainer，它可以添加到任务中，并可以包含多个子阶段。在这个例子中，创建一个包含抓取动作相关阶段的SerialContainer。使用exposeTo声明父任务的属性，并使用configureInitFrom初始化它们，以便子阶段可以访问这些属性。

    {
      auto grasp = std::make_unique<mtc::SerialContainer>("pick object");
      task.properties().exposeTo(grasp->properties(), { "eef", "group", "ik_frame" });
      grasp->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, { "eef", "group", "ik_frame" });

4.创建一个MoveRelative阶段，用于接近物体。这个阶段是一个传播阶段，它接收相邻阶段的解决方案并传播到下一个或上一个阶段。使用cartesian_planner找到一个涉及末端执行器直线运动的解决方案。设置属性，并设置最小和最大移动距离。然后，创建一个Vector3Stamped消息，指示我们想要移动的方向——在这个例子中，是从手部框架的Z方向。最后，将这个阶段添加到SerialContainer中。

    {
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveRelative>("approach object", cartesian_planner);
      stage->properties().set("marker_ns", "approach_object");
      stage->properties().set("link", hand_frame);
      stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, { "group" });
      stage->setMinMaxDistance(0.1, 0.15);

      // Set hand forward direction
      geometry_msgs::msg::Vector3Stamped vec;
      vec.header.frame_id = hand_frame;
      vec.vector.z = 1.0;
      stage->setDirection(vec);
      grasp->insert(std::move(stage));
    }

5.创建一个阶段来生成抓取姿态。这是一个生成阶段，因此它在不考虑前一个和后一个阶段的情况下计算结果。第一个阶段CurrentState也是一个生成阶段——为了连接第一个阶段和这个阶段，必须使用连接阶段，我们已经在上面创建了。这段代码设置阶段属性，设置抓取前的姿态、角度增量和监控阶段。角度增量是GenerateGraspPose阶段的一个属性，用于确定要生成的姿态数量；在生成解决方案时，MoveIt Task Constructor将尝试从许多不同方向抓取物体，方向之间的差异由角度增量指定。角度增量越小，抓取方向就越接近。在定义当前阶段时，我们设置了current_state_ptr，现在用于将物体姿态和形状的信息传递给逆运动学求解器。这个阶段不会像以前那样直接添加到SerialContainer中，因为我们还需要对它生成的姿态进行逆运动学计算。

    {
      // Sample grasp pose
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::GenerateGraspPose>("generate grasp pose");
      stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT);
      stage->properties().set("marker_ns", "grasp_pose");
      stage->setPreGraspPose("open");
      stage->setObject("object");
      stage->setAngleDelta(M_PI / 12);
      stage->setMonitoredStage(current_state_ptr); // Hook into current state

6.在计算上面生成的姿态的逆运动学之前，我们首先需要定义框架。这可以通过geometry_msgs中的PoseStamped消息完成，或者在这个例子中，我们使用Eigen变换矩阵和相关链接的名称来定义变换矩阵。

    Eigen::Isometry3d grasp_frame_transform;
    Eigen::Quaterniond q = Eigen::AngleAxisd(M_PI / 2, Eigen::Vector3d::UnitX()) *
                          Eigen::AngleAxisd(M_PI / 2, Eigen::Vector3d::UnitY()) *
                          Eigen::AngleAxisd(M_PI / 2, Eigen::Vector3d::UnitZ());
    grasp_frame_transform.linear() = q.matrix();
    grasp_frame_transform.translation().z() = 0.1;

7.现在，创建ComputeIK阶段，并给它命名为grasp pose IK，以及上面定义的generate grasp pose阶段。有些机器人对于给定姿态有多个逆运动学解——我们设置最多解算8个解。我们还设置最小解距离，这是对解必须不同的一个阈值：如果解的关节位置与前一个解太相似，它将被标记为无效。接下来，配置一些额外的属性，并将ComputeIK阶段添加到SerialContainer中。

      // Compute IK
      auto wrapper = std::make_unique<mtc::stages::ComputeIK>("grasp pose IK", std::move(stage));
      wrapper->setMaxIKSolutions(8);
      wrapper->setMinSolutionDistance(1.0);
      wrapper->setIKFrame(grasp_frame_transform, hand_frame);
      wrapper->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, { "eef", "group" });
      wrapper->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::INTERFACE, { "target_pose" });
      grasp->insert(std::move(wrapper));
    }

8.为了抓取物体，我们必须允许手部与物体之间的碰撞。这可以通过ModifyPlanningScene阶段完成。allowCollisions函数让我们指定要禁用的碰撞。allowCollisions可以与容器名称一起使用，因此我们可以使用getLinkModelNamesWithCollisionGeometry获取手部组中所有具有碰撞几何形状的链接名称。

    {
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::ModifyPlanningScene>("allow collision (hand,object)");
      stage->allowCollisions("object",
                            task.getRobotModel()
                                ->getJointModelGroup(hand_group_name)
                                ->getLinkModelNamesWithCollisionGeometry(),
                            true);
      grasp->insert(std::move(stage));
    }

9.允许碰撞后，我们现在可以关闭手部。这通过MoveTo阶段完成，类似于上面的open hand阶段，只是移动到SRDF中定义的close位置。

    {
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveTo>("close hand", interpolation_planner);
      stage->setGroup(hand_group_name);
      stage->setGoal("close");
      grasp->insert(std::move(stage));
    }

10.现在再次使用ModifyPlanningScene阶段，这次是将物体附加到手部，使用attachObject。与current_state_ptr类似，我们获取这个阶段的指针，稍后在生成物体放置姿态时使用。

    {
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::ModifyPlanningScene>("attach object");
      stage->attachObject("object", hand_frame);
      attach_object_stage = stage.get();
      grasp->insert(std::move(stage));
    }

11.接下来，使用MoveRelative阶段提起物体，类似于approach_object阶段。

    {
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveRelative>("lift object", cartesian_planner);
      stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, { "group" });
      stage->setMinMaxDistance(0.1, 0.3);
      stage->setIKFrame(hand_frame);
      stage->properties().set("marker_ns", "lift_object");

      // Set upward direction
      geometry_msgs::msg::Vector3Stamped vec;
      vec.header.frame_id = "world";
      vec.vector.z = 1.0;
      stage->setDirection(vec);
      grasp->insert(std::move(stage));
    }

12.至此，我们已经完成了抓取物体所需的所有阶段。现在，将包含所有子阶段的SerialContainer添加到任务中。如果按照当前包构建，可以看到机器人计划抓取物体。

task.add(std::move(grasp));
}

2.5 放置阶段

1.现在抓取阶段已经完成，我们继续定义放置物体的阶段。我们首先使用Connect阶段连接两者，因为我们很快将使用生成阶段来生成放置物体的姿态。

    {
      auto stage_move_to_place = std::make_unique<mtc::stages::Connect>(
          "move to place",
          mtc::stages::Connect::GroupPlannerVector{ { arm_group_name, sampling_planner },
                                                    { hand_group_name, sampling_planner } });
      stage_move_to_place->setTimeout(5.0);
      stage_move_to_place->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT);
      task.add(std::move(stage_move_to_place));
    }

2.我们还为放置阶段创建了一个SerialContainer。这与抓取SerialContainer的创建方式类似。接下来的阶段将添加到SerialContainer而不是任务中。

    {
      auto place = std::make_unique<mtc::SerialContainer>("place object");
      task.properties().exposeTo(place->properties(), { "eef", "group", "ik_frame" });
      place->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, { "eef", "group", "ik_frame" });

3.接下来的阶段生成用于放置物体的姿态，并为这些姿态计算逆运动学——它与抓取SerialContainer中的generate grasp pose阶段有些相似。我们首先创建一个阶段来生成姿态并继承任务属性。我们使用geometry_msgs中的PoseStamped消息指定我们想要放置物体的位置——在这个例子中，我们在"object"框架中选择y = 0.5。然后，我们使用setPose将目标姿态传递给阶段。接下来，我们使用setMonitoredStage并传递attach_object阶段的指针。这允许阶段知道物体是如何附加的。然后，我们创建一个ComputeIK阶段并将我们的GeneratePlacePose阶段传递给它——其余的逻辑与抓取阶段相同。

    {
      // Sample place pose
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::GeneratePlacePose>("generate place pose");
      stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT);
      stage->properties().set("marker_ns", "place_pose");
      stage->setObject("object");

      geometry_msgs::msg::PoseStamped target_pose_msg;
      target_pose_msg.header.frame_id = "object";
      target_pose_msg.pose.position.y = 0.5;
      target_pose_msg.pose.orientation.w = 1.0;
      stage->setPose(target_pose_msg);
      stage->setMonitoredStage(attach_object_stage); // Hook into attach_object_stage

      // Compute IK
      auto wrapper = std::make_unique<mtc::stages::ComputeIK>("place pose IK", std::move(stage));
      wrapper->setMaxIKSolutions(2);
      wrapper->setMinSolutionDistance(1.0);
      wrapper->setIKFrame("object");
      wrapper->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, { "eef", "group" });
      wrapper->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::INTERFACE, { "target_pose" });
      place->insert(std::move(wrapper));
    }

4.现在我们准备放置物体，我们使用MoveTo阶段和关节插值规划器打开手部。

    {
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveTo>("open hand", interpolation_planner);
      stage->setGroup(hand_group_name);
      stage->setGoal("open");
      place->insert(std::move(stage));
    }

5.现在我们可以重新启用与物体的碰撞，因为我们不再需要持有它。这通过allowCollisions几乎完全相同的方式完成，只是将最后一个参数设置为false而不是true。

    {
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::ModifyPlanningScene>("forbid collision (hand,object)");
      stage->allowCollisions("object",
                            task.getRobotModel()
                                ->getJointModelGroup(hand_group_name)
                                ->getLinkModelNamesWithCollisionGeometry(),
                            false);
      place->insert(std::move(stage));
    }

6.现在，我们可以使用detachObject分离物体。

    {
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::ModifyPlanningScene>("detach object");
      stage->detachObject("object", hand_frame);
      place->insert(std::move(stage));
    }

10.我们使用MoveRelative阶段从物体后退，这与approach object和lift object阶段类似。

    {
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveRelative>("retreat", cartesian_planner);
      stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, { "group" });
      stage->setMinMaxDistance(0.1, 0.3);
      stage->setIKFrame(hand_frame);
      stage->properties().set("marker_ns", "retreat");

      // Set retreat direction
      geometry_msgs::msg::Vector3Stamped vec;
      vec.header.frame_id = "world";
      vec.vector.x = -0.5;
      stage->setDirection(vec);
      place->insert(std::move(stage));
    }

11.我们完成放置SerialContainer并将其添加到任务中。

task.add(std::move(place));
}

12.最后一步是返回初始位置：我们使用MoveTo阶段并传递目标姿态ready，这是在panda SRDF中定义的一个姿态。

    {
      auto stage = std::make_unique<mtc::stages::MoveTo>("return home", interpolation_planner);
      stage->properties().configureInitFrom(mtc::Stage::PARENT, { "group" });
      stage->setGoal("ready");
      task.add(std::move(stage));
    }

13.所有这些阶段都应该添加到这些行的上方。

      // Stages all added to the task above this line

      return task;
    }

现在已经使用MoveIt Task Constructor定义了一个抓取和放置任务！
2.6 运行

在第一个终端中：

ros2 launch moveit2_tutorials mtc_demo.launch.py

在第二个终端中：

ros2 launch moveit2_tutorials pick_place_demo.launch.py