ROS学习笔记（11）-- 解读ROS机器人描述文件 -- URDF

1      URDF语法规范

参见：XML specifications

2      组件

      URDF由一些不同的功能包和组件组成，下图描述了这些组件之间的联系。

 

3      URDF教程

如下图所示，本节将创建一个如下图所示结构的机器人模型。

 

3.1       基础模型

上图所示是一个树形机器人模型，我们先从机器人的整体结构出发，不考虑过多的细节，可以将机器人通过如下的URDF表示：

1. <robot name="test_robot">
2. <link name="link1" />
3. <link name="link2" />
4. <link name="link3" />
5. <link name="link4" />
6. <joint name="joint1" type="continuous">
7. <parent link="link1"/>
8. <child link="link2"/>
9. joint>
10. <joint name="joint2" type="continuous">
11. <parent link="link1"/>
12. <child link="link3"/>
13. joint>
14. <joint name="joint3" type="continuous">
15. <parent link="link3"/>
16. <child link="link4"/>
17. joint>
18. robot>

 

上边的URDF模型定义了机器人的4个环节（link），然后定义了三个关节（joint）来描述环节之间的关联。

ROS为用户提供了一个检查URDF语法的工具：

$ sudo apt-get install liburdfdom-tools

安装完毕后，执行检查：

check_urdf my_robot.urdf

如果一切正常，将会有如下显示：

robot name is: test_robot

———- Successfully Parsed XML —————

root Link: link1 has 2 child(ren)

    child(1):  link2

    child(2):  link3

        child(1):  link4

3.2       添加机器人尺寸

在基础模型之上，我们为机器人添加尺寸大小。由于每个环节的参考系都位于该环节的底部，关节也是如此，所以在表示尺寸大小时，只需要描述其相对于连接的关节的相对位置关系即可。URDF中的域就是用来表示这种相对关系。

例如，joint2相对于连接的link1在x轴和y轴都有相对位移，而且在x轴上还有90度的旋转变换，所以表示成域的参数就如下所示：

1. xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />

 

为所有关节应用尺寸：

1. <robot name="test_robot">
2. <link name="link1" />
3. <link name="link2" />
4. <link name="link3" />
5. <link name="link4" />
6. <joint name="joint1" type="continuous">
7. <parent link="link1"/>
8. <child link="link2"/>
9. <origin xyz="5 3 0" rpy="0 0 0" />
10. joint>
11. <joint name="joint2" type="continuous">
12. <parent link="link1"/>
13. <child link="link3"/>
14. <origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />
15. joint>
16. <joint name="joint3" type="continuous">
17. <parent link="link3"/>
18. <child link="link4"/>
19. <origin xyz="5 0 0" rpy="0 0 -1.57" />
20. joint>
21. robot>

 

再次使用check_urdf检查通过后继续下一步。

3.3       添加运动学参数

如果我们为机器人的关节添加旋转轴参数，那么该机器人模型就可以具备基本的运动学参数。

例如，joint2围绕正y轴旋转，可以表示成：

1. <axis xyz="0 1 0" />

 

同理，joint1的旋转轴是：

1. <axis xyz="-0.707 0.707 0" />

 

应用到我们的URDF中：

1. <robot name="test_robot">
2. <link name="link1" />
3. <link name="link2" />
4. <link name="link3" />
5. <link name="link4" />
6. <joint name="joint1" type="continuous">
7. <parent link="link1"/>
8. <child link="link2"/>
9. <origin xyz="5 3 0" rpy="0 0 0" />
10. <axis xyz="-0.9 0.15 0" />
11. joint>
12. <joint name="joint2" type="continuous">
13. <parent link="link1"/>
14. <child link="link3"/>
15. <origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />
16. <axis xyz="-0.707 0.707 0" />
17. joint>
18. <joint name="joint3" type="continuous">
19. <parent link="link3"/>
20. <child link="link4"/>
21. <origin xyz="5 0 0" rpy="0 0 -1.57" />
22. <axis xyz="0.707 -0.707 0" />
23. joint>
24. robot>

 

       便忘记使用check_urdf检查语法错误。

3.4       图形化显示URDF模型

我们现在已经完成了一个简单的URDF模型创建，ROS提供了相应的工具可以让URDF图像化显示出来。

1.   $ urdf_to_graphiz my_robot.urdf

然后打开生成的pdf文件，即可看到图形化的URDF：

 

4      示例

参见：Example

5      调试工具

5.1       验证工具

上文已经提到了URDF语法检查工具check_urdf，在indigo版本的ROS中，执行如下命令即可：

rosrun urdfdom check_urdf /tmp/pr2.urdf

检查结果如下：

 

5.2       可视化工具

上文同样提到的URDF可视化工具urdf_to_graphiz，在indigo版本额ROS中属于liburdfdom-tools包中的一个工具，可以使用如下命令安装：

sudo apt-get install liburdfdom-tools

可视化工具的使用方法：

1. urdf_to_graphiz pr2.urdf

结果如下所示：

 

 

参考链接

1、urdf功能包：http://wiki.ros.org/urdf

2、urdf语法规范：http://wiki.ros.org/urdf/XML

3、urdf教程：http://wiki.ros.org/urdf/Tutorials

4、urdf示例：http://wiki.ros.org/urdf/Examples