ROS机械臂开发：创建机器人URDF模型

1. URDF建模原理

URDF是一种使用XML格式描述的机器人模型文件

• Links：坐标系与几何关系
• Joints：Links之间的关系

标签

• 描述机器人某个刚体部分的外观和物理属性；
• 描述连杆尺寸、颜色、形状、惯性矩阵、碰撞属性等；
• 每个link会成为一个坐标系

一个典型的link标签如下：

（注意长度单位是米，角度单位是弧度）
标签描述了碰撞属性，如下图红色框（圆柱体）所示，当进入框内时就会认为发生碰撞，这是为了加速碰撞检测做的一种简化

link.png

标签

• 描述两个link之间的关系，分为六种类型；
• 包括关节运动的位置和速度限制；
• 描述机器人关节的运动学和动力学属性

每个joint连接两个link，其中的origin是相对于上一个joint的origin描述的，而上面的标签中的origin是相对于joint坐标系表达的，也就是说在机器人运动过程中，每个连杆的joint和link坐标系是相对静止的，理解这一点很重要。

joint.png

标签

整个模型由根标签包含，一个完整的机器人模型，由一系列和组成

   ... 
   ... 
   ... 

    ....  
    ....  
    ....  

robot.png

URDF建模存在的问题

• 模型冗长，重复内容过多
• 参数修改麻烦，不便于二次开发
• 没有参数自动计算功能

由此产生了URDF的改进版本：xacro模型文件，它具有如下优点：

• 精简模型代码：
  创建宏定义
  文件包含
• 提供可编程接口：
  常量}
  变量
  数学计算
  条件语句

常量定义

常量使用

数学计算

宏定义

宏调用

  
  
    
    0.1
  
  
    
      
      
      
    
  

文件包含
比如传感器一个文件，机器人本体一个文件，移动底盘一个文件，用一个文件include三个文件拼在一起

2. 机械臂URDF建模

以一个6轴机器人为例，下图是在rviz中加载xacro文件后的显示

6 DOF robot

颜色定义

link定义

包含可视化，惯性矩阵，碰撞检测三个部分

joint定义

参数定义

下面是在rviz中可视化该模型的launch文件，

3. 从SolidWorks三维模型导出URDF

真实的机械臂不会是这样的圆柱、方块组成的简单模型，真实场景是购买到厂商机械臂本体后，对方给你一个3D模型文件，如.stp文件，需要solidworks转成urdf导入ROS中使用。

步骤如下：

1. 在solidworks里加载模型（以UR3的STP模型文件为例）

   
   
   

   导入3D模型

2. 安装插件sw2urdfSetup做配置，link的部分，joint关系
   插件下载地址
   a) 插入基准轴，如图共6个axis
   

   

   插入旋转轴
   
   b) 工具--->File--->Export as URDF
   依次添加7个link（多出来的一个是基座base_link）和6个joint，如图：
   
   

   添加joint和link
   
   添加完成后，点击preview and export，在弹出来的窗口中，依次配置joint限位参数，当然留到URDF文件中手动添加tag也可以。
   
   

   配置joint限位
   
   最后next，finish，选择功能包保存路径，这个功能包将会在ROS中使用。

导出的功能包

c) 修复一些小问题
直接编译功能包会出现一些错误，还需要修改一些小的问题：
（1）email地址，如下图的第10行，需改为 [email protected]的形式

修改email地址

（2）修改display.launch文件中的urdf文件路径

修改urdf文件路径

3. 测试模型显示
   得到正确的模型功能包后，在rviz中测试一下模型是否正确显示以及各个关节运动是否正常。

i5@i5-ThinkPad-T460p:~/ws_moveit$ catkin_make
i5@i5-ThinkPad-T460p:~/ws_moveit$ roslaunch ur3 display.launch

打开rviz后，将Fixed frame更改为base_link，点击Add，添加RobotModel

rviz