ALOHA ソフトウェアインストール事例

2024.06.05

海外製品調達・コンサルテーションサービス「ユニポス」(テガラ株式会社運営)が取り扱っている、複雑かつ細かな作業を両手遠隔操作で実現するためのロボット「ALOHA」の技術情報です。

当該製品の検証にあたり、PCにソフトウェアをインストールしましたが、途中、うまく動作しなかった部分がございました。
本記事では、弊社のインストール事例を元にした注意点を、インストール手順と合わせてご紹介いたします。

ALOHAとは

専用デスク上で操作する据え置き型の Aloha Stationary (旧名称:ALOHA Bimanual Teleoperation Kit)は、「A Low-cost Open-source Hardware System for Bimanual Teleoperation」の略で、両手遠隔操作のための低価格オープンソースハードウェアシステムです。

ALOHAのコンセプト、ならびに前モデル情報は以下の記事をご参照ください。

UNIPOS(ユニポス)

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海外ソフトハードの製品調達・コンサルテーションサービス

マシンのセットアップ手順概要

OSの選択

GitHub には 18.04 または 20.04 の記載があるため、Ubuntu 20.04 LTSのバージョンを選択しました。
※2024年5月の検証時点では Ubuntuの長期サポート(LTS)版は 22.04 LTSですが、22.04LTSではライブラリ関係を正常にインストールすることができませんでした。

使用環境は ubuntu20.04 / ros noetic です。

ROS Interfaceのインストール手順

a. ROS Interfaceをインストールする

まず、Ubuntu TerminalからROS Interfaceをインストールします。

※詳細な手順は、以下の公式ドキュメンテーションをご覧ください
ROS Standard Software Setup（Interbotix ROS Interface – Trossen Robotics社）

b. リポジトリのクローン

次に、~/interbotix_ws/srcディレクトリに移動し、以下のリポジトリをクローンします：

cd ~/interbotix_ws/src sudo git clone https://github.com/tonyzhaozh/aloha.git

c. パッケージのビルド

最後に、次のコマンドを実行してパッケージをビルドします。

i. ROS環境をセットアップするために以下のコマンドを実行します：

source /opt/ros/noetic/setup.sh && source ~/interbotix_ws/devel/setup.sh

ii. 必要な依存パッケージをインストールします：

sudo apt-get install ros-noetic-usb-cam ros-noetic-cv-bridge

iii. ~/interbotix_ws に移動し、catkin_make を実行します：

~/interbotix_ws

catkin_make

iv. arm.py ファイルを修正します：

次のディレクトリに移動します：

cd ~/interbotix_ws/src/interbotix_ros_toolboxes/interbotix_xs_toolbox/interbotix_xs_modules/src/interbotix_xs_modules/

arm.py ファイルを開き、関数 publish_positions を探します。以下の行を見つけます：

self.T_sb = mr.FKinSpace(self.robot_des.M, self.robot_des.Slist, self.joint_commands)

この行を次のように変更します：

self.T_sb = None

この変更により、コードが毎回FKを計算することによる遠隔操作の遅延を防ぎます。

次のディレクトリに移動します：

cd ~/interbotix_ws/src/interbotix_ros_toolboxes/interbotix_xs_toolbox/interbotix_xs_modules/src/interbotix_xs_modules/

これで、ROS Interfaceのインストール手順は完了です。

以下のライブラリが正しくインストールされていることを確認します。

da create -n aloha python=3.8.10

conda activate aloha

pip install torchvision

pip install torch

pip install pyquaternion

pip install pyyaml

pip install rospkg

pip install pexpect

pip install mujoco==2.3.7

pip install dm_control==1.0.14

pip install opencv-python

pip install matplotlib

pip install einops

pip install packaging

pip install h5py

各サーボモーターの動作確認

ソフトウェアのインストール後、DINAMIXEL Wizard 2.0を用いて各アームのモーターが正常に動作するかを確認します。当該ツールのインストールは下記サイトを参照しています。

Dynamixel Wizard2.0 のダウンロード

Dynamixel Wizard 2.0 マニュアル (Robotis社公式ドキュメンテーション)
https://emanual.robotis.com/docs/en/software/dynamixel/dynamixel_wizard2/

各アームのROS動作確認

アーム1台ごとにROSでの動作に問題がないかどうかは、下記のコマンドで確認します。

ターミナル1でroscoreを起動します。

roscore
ターミナル2で次のコマンドを実行します

roslaunch interbotix_xsarm_control xsarm_control.launch robot_model:=wx250
実行するときは、安全確保のため、ロボットの周囲に障害物がないかを確認してください
次に、下記のパスへ移動します：

cd ~/interbotix_ws/src/interbotix_ros_manipulators/interbotix_ros_xsarms/examples/python_demos
サンプルプログラムを実行します：

python bartender.py

各ロボットアーム、およびカメラのUSB関連付けの設定と更新

ALOHA kitは、ロボットアームとカメラ、それぞれ4台で構成されています。
すべてのデバイスをUSBでコンピュータに接続しますが、ロボットアームについてはUSBハブを用いずに、独立したUSBポートの使用が推奨されています。

デバイスの内訳は下記の通りです。

項目	内容
ttyDXL_master_right	右マスターロボット
ttyDXL_puppet_right	右パペットロボット (パペット：タスクを実行するロボット)
ttyDXL_master_left	左マスターロボット
ttyDXL_puppet_left	左パペットロボット
CAM_RIGHT_WRIST CAM_LEFT_WRIST CAM_LOW CAM_HIGH	右腕用のカメラ左腕用のカメラ低位カメラ高位カメラ

※マスターロボット = 人間が保持するアーム
パペットロボット = マスターロボットにより遠隔操作されるアーム

デバイス接続時の問題点

USBポートの物理的な接続の順番によってアームの割り当てが決まるため、USBの接続のたびにアームの割り当てが入れ替わるという事象が発生することがあります。当該問題の解決のために下記の設定を行いました。

各ロボットアームのシリアル (serial number) 取得

UbuntuではUSBポートにはデバイスファイルを経由してアクセスします。
標準的なUSBポートの名前は /dev/ttyUSB0 です。
複数ポートの場合、ttyUSB0、ttyUSB1、ttyUSB2、ttyUSB3 と、末尾の数字が変わります。

udevadm info --name=/dev/ttyUSB0 --attribute-walk | grep serial

下記のような形式で、テーブルで名称の保管を推奨いたします。参照の際に便利になります。

USB Index	Position	Serial
0	master_right	<Serial 1>
1	puppet_right	<Serial 2>
2	master_left	<Serial 3>
3	puppet_left	<Serial 4>

カメラのシリアル (serial number) を取得

標準的なUSBポートの名前は /dev/video0 です。
複数台の場合、video0、video1、video2、video3 と、末尾の数字が変わります。

udevadm info --name=/dev/video0 --attribute-walk | grep serial

下記のような形式で、テーブルで名称の保管を推奨いたします。参照の際に便利になります。

ロードのためのルールファイル

各アームのシリアル番号を記録し、下記のような形でルールファイルの設定をします。

SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{serial}=="FT89FCIC", ENV{ID_MM_DEVICE_IGNORE}="1", ATTR{device/latency_timer}="1", SYMLINK+="ttyDXL_master_right"

SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{serial}=="FT89FIYY", ENV{ID_MM_DEVICE_IGNORE}="1", ATTR{device/latency_timer}="1", SYMLINK+="ttyDXL_puppet_right"

SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{serial}=="FT88YTAF", ENV{ID_MM_DEVICE_IGNORE}="1", ATTR{device/latency_timer}="1", SYMLINK+="ttyDXL_master_left"

SUBSYSTEM=="tty", ATTRS{serial}=="FT891K9Y", ENV{ID_MM_DEVICE_IGNORE}="1", ATTR{device/latency_timer}="1", SYMLINK+="ttyDXL_puppet_left"

SUBSYSTEM=="video4linux", ATTRS{serial}=="7A2A241F", ATTR{index}=="0", ATTRS{idProduct}=="085c", ATTR{device/latency_timer}="1",SYMLINK+="CAM_RIGHT_WRIST"

SUBSYSTEM=="video4linux", ATTRS{serial}=="C0D4525F", ATTR{index}=="0", ATTRS{idProduct}=="085c", ATTR{device/latency_timer}="1", SYMLINK+="CAM_LEFT_WRIST"

SUBSYSTEM=="video4linux", ATTRS{serial}=="E453325F", ATTR{index}=="0", ATTRS{idProduct}=="085c", ATTR{device/latency_timer}="1", SYMLINK+="CAM_LOW"

SUBSYSTEM=="video4linux", ATTRS{serial}=="DC79025F", ATTR{index}=="0", ATTRS{idProduct}=="085c", ATTR{device/latency_timer}="1", SYMLINK+="CAM_HIGH"

ルールファイルを更新したら下記のコマンドを実行します。

sudo nano /etc/udev/rules.d/99-fixed-interbotix-udev.rules

sudo udevadm control --reload && sudo udevadm trigger

遠隔操作のテスト

遠隔操作のテストにあたり、下記の手順でコマンドを実行します。

ターミナル1でroscoreを起動します。

roscore
ROSターミナルで以下のコマンドを実行します:

conda deactivate source /opt/ros/noetic/setup.sh && source ~/interbotix_ws/devel/setup.sh roslaunch aloha 4arms_teleop.launch
右手のターミナルのコマンドを実行します：

conda activate aloha cd ~/interbotix_ws/src/aloha/aloha_scripts python3 one_side_teleop.py left
左手のターミナルのコマンドを実行します：

conda activate aloha source /opt/ros/noetic/setup.sh && source ~/interbotix_ws/devel/setup.sh python3 one_side_teleop.py right

この時点で、既にご自身でスクリプトを用意している場合は、下記のような形での実行が可能です。

conda activate aloha

cd ~/interbotix_ws/src/aloha/aloha_scripts

python3.py

カメラのテスト

ROSに付随する状況把握やデバッグを容易にするための可視化ツール Rviz を使用します。

terminal1で、roslaunch aloha 4arms_teleop.launch を実行
terminal1で、rviz をタイプして実行
rviz ウィンドウが開いたら「add」->「By topick」をクリックし、4つのカメラをすべて追加します。
(usb_cam_high, usb_cam_low, usb_cam_left_wrist, usb_cam_right_wrist)

カメラを正しく認識できると、下記画像のような表示となり、各カメラの映像の確認ができます。

その他の注意点

インストール時にエラーが発生した場合のトラブルシューティングの参考として、原因として考えらえる注意点を抜粋してご紹介いたします。

問題点	解決のヒント
Conda のPath	relative path が環境内で path としてエクスポートされているかを確認してください
生成された新ファイルの権限	必要に応じてchmod + x で権限を付与してください
DYNAMIXELモーターのLEDが赤色で点滅	エラーの場合にLEDが点滅します。まず、DYNAMIXEL Wizard から再起動を試してみてくださいそれでも解決しない場合は、工場出荷時設定にリセットしてみてください
USB接続	カメラやロボットアームに接続の問題が発生した場合は、すべてのUSBを再接続することで改善する可能性があります
USBポートのシリアルマッピング	アームやカメラの割り当てが入れ替わった場合等は、ルールファイルの更新が有効です USBデバイスのシリアルを確認し、下記のルールファイルの更新をしてください `~/interbotix_ws/src/aloha/aloha_scripts# sudo nano /etc/udev/rules.d/99-fixed-interbotix-udev.rules`
ライブラリのインストール	下記のライブラリを別途インストールしました rospkg PyYAML ipython
Board Rate 設定の確認	一部ロボットアームで他の個体と異なるBoard Rate設定がされている場合があります。これにより正常にアームやモーターが認識されない場合があります。それぞれのサーボモーターの Board rate の設定を確認してください
モーターの Board Rate 設定	一部ロボットアームで他の個体と異なるBoard Rate設定がされている場合があります。これにより正常にアームやモーターが認識されない場合があります。それぞれのサーボモーターの Board rate の設定を確認してください
DYNAMIXELモーターのID	モーターが認識されない場合は、DYNAMIXELのIDの設定を確認してください