URDF建模

智能机器人实验室—杭州电子科技大学

一、URDF建模方法

URDF(Unified Robot Description Format)，统一机器人描述格式，包含link和joint以及相关属性描述文件。
Link:
描述机器人某个刚体部位的外观及物理属性;
描述连杆尺寸(size)、颜色(color)、形状(shape)、惯性矩阵(inertial matrix),碰撞检测(collision properties)等;
每个link需要包含三个参数:visual;collision;inertial matrix;其中visual是必须的,其他两个可以有,也可以没有.
每个link都会成为一个坐标系.

(1)visual:
geometry(几何形状):描述刚体的形状;
origin(坐标变换):包含xyz(平移变换,米)和rpy(旋转偏移,弧度);
(2)collision:
geometry(几何形状):描述刚体的碰撞外观,简化为简单的几何形状;
origin(坐标变换):包含xyz(平移变换)和rpy(旋转偏移,弧度);
joint:
描述两个link之间的关系,分为六种类型;
包含关节运动的位置和速度限制;


parent link是前一个link,child link是另一个link;
origin链接这两个link,表示后一个与前一个相对位置,即坐标系的偏移;
axis是绕xyz轴旋转,0表示不转,1表示旋转;
limit:限位,单位为弧度.

二、从零写一个移动机器人URDF模型

(1)创建ros包以及文件夹:

ros包添加urdf以及xacro依赖,ros包下面添加上述四个文件夹;
(2)编写模型数据
在urdf文件夹下面创建一个mbot.urdf文件,先编写一个底盘数据，如下图所示；

其中坐标系为原点处，圆柱体高为0.16米，半径为0.2米，外观为黄色；
（3）编写launch文件

param做一个描述，描述名保存在rosmaster里面，后面是模型的路径；
joint_state_publisher是一个功能插件，可以修改模型参数，不断广播关节状态的值；
robot_state_publisher,通过订阅joint_state_publisher进行tf坐标更新；
（4）运行实现

左上角的topic为base_link，可以修改urdf的参数对模型进行不同的变化。
（5）添加关节

添加一个左轮的link以及左轮与底盘的joint，格式如上所示；
注意上图rpy中的r，转换为角度就是90度，也就是说左轮竖直放置；
origin描述轮子与底盘的相对位置变化，在y轴（绿色）有0.19的平移，在z轴（蓝色）有0.05的平移；
axis表示绕y轴进行旋转；
如下图所示：

添加两个前后支撑轮：

如下所示：

添加激光雷达：


添加Kinect：

此处调用了Kinect模型文件。

三、从零写一个机械臂URDF模型

前述步骤和上面一样，从数据建模开始：
编写数据

创建launch文件

运行实现

左上角修改topic，base_link,然后add里面添加robotmodel

机械臂底座
添加第一个link

同理，再创建其他五个连杆，同样的结构；
运行效果如下图：

添加夹爪

添加一个非实际意义刚体，只用来产生一个坐标系，便于定位物体抓取点；

运行效果：

本文主要根据胡春旭教学视频进行设计实现。