ROS学习笔记(十六） 统一机器人描述格式URDF

统一机器人描述格式URDF

URDF（Unified Robot DScription Fornat）机器人统一描述格式（XML格式）。
语法规范：参考链接：http://wiki.ros.org/urdf/XML
URDF组件，是由不同的功能包和组件组成：

urdf_paser_plugin是URDF基础的插件，衍生出了urdfdom（面向URDF文件）collar_parser(面向相互文件)（\qquad其中urdf_parser和urder_interface已经在hydro之后的版本中去除了）。在URDF中，当想要描述一个机器人的时候，例如小车的base_link和右轮right，两个link之间需要joint连接。

制作URDF模型

（1）添加基本模型

以构建一个小车为例，首先构建base_link作为小车的父坐标系，然后在base_link基础上，再构建左轮，右轮 和雷达 link. 最后不同的link之间通过joint来连接。
文件位置：test/urdf/mycar_link_position.urdf

<robot name="mycar">
	<link name="base_link"/>
	<link name="right"/>
	<link name="left"/>
	<link name="rplidar">

	<joint name="right_joint" type="continuous">
		<parent link="base_link"/>
		<child link="right"/>
	joint>
	<joint name="left_joint" type="continuous">
		<parent link="base_link"/>
		<child link="right"/>
	joint>
	<joint name="rplidar_joint" type="fixed">
		<parent link="base_link"/>
		<child link="rplidar"/>
	joint>
robot>

小技巧：sudo apt-get install liburdfdom-tools，安装完毕后，执行检查check_urdf_my_car.urdf,若一切正常，会显示：

(2) 添加机器人link之间的相对位置关系

在基础模型之上，我们需要为机器人之间link来设相对位置和朝向的关系，URDF中通过来描述。
文件位置：test/urdf/mycar_link_joint.urdf

<robot name="mycar">
	<link name="base_link"/>
	<link name="right"/>
	<link name="left"/>
	<link name="rplidar">

	<joint name="left_joint" type="continuous">
		<parent link="base_link"/>
		<child link="right"/>
		<origin rpy="1.57075 0 0" xyz="0 -0.2 0.07"/>
	joint>

	<joint name="right_joint" type="continuous">
		<parent link="base_link">
		<child link="left"/>
		<origin rpy="-1.57075 0 0" xyz="0 0.2 0.07"/>
	joint>

	<joint name="rplidar_joint" type="fixed">
		<parent link="base_link">
		<child link="rplidar">
		<origin xyz="0.2 0 0.12"/>
	joint>
robot>

（3）添加模型的尺寸，形状和颜色等

在设置好模型的link基础上，添加模型的形状（圆柱、长方体等），相对与link的位置，颜色等。
形状用描述，颜色用描述

<robot name="mycar">
	<link name="base_link">
		<visual>
			<geometry>
				<cylinder length="0.06" radius="0.27">
				cylinder>
			geometry>
			<origin rpy="0 0 0 " xyz="0 0 0.1"/>
			<material name="white">
				<color rgba="1 1 1 1"/>
			matertial>
		visual>
	link>
	<link name="right">
		<visual>
			<geometry>
				<cylinder length="0.04" type="0.07">
			geometry>
			<origin rpy="0 0 0" type="0 0 0"/>
			<material name="black">
				<color rgba="0 0 0 1"/>
			material>
		visual>
	link>
	<link name="left">
		<visual>
			<geometry>
				<cylinder length="0.04" radius="0.07"/>
			geometry>
			<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>
			<material name="black"/>
		visual>
	link>	
robot>

输入rqt_tf_tree rqt_tf_tree:
可以将launch文件中的param name="use_gui"的值由false改成true会弹出一个窗口，同一移动进度条，可以临时改变joint的朝向。

制作xacro模型

Xacro可以理解为针对URDF的扩展性和配置性设计的宏语言（macro language）。有了Xacro，可以像编程一样写URDF文件，Xacro提供了一些更高级的方法编写机器人描述：

1.Constants

<xacro:property name="WIDTH	" VALUE="2.0"/>

类似于C语言的宏定义，在头部定义后就可以${body_width}进行引用其数值，可以把需要配置的变量进行统一管理和使用。

2.Macros

<xacro:macro name="default_origin">
	<origin xyz="0 0 0" rpy=0 0 0"/>
xacro:macro>
<xacro:default_prigin/>

Macros是xacro文件中最重要的部分，完成一些最小模块的定义, 方便重用（类似宏函数）, 以及可以使用参数来标识不同的部分。

3.include
很多模型都是以宏的形式进行定义，并以最小集团分成很多个文件，于是最终的机器人描述就变得非常简单。urdf文件也是能够直接导入进来的。

<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro" name="ur5">

	
	<xacro:include filename="$(find ur_description)/urdf/ur5/common.gazebo.xacro"/>
	
	
	<xacro:include filename="$(find_ur_description)/urdf/ur5/ur5.urdf.xacro"/>
	
	
	
	
	<link name="world"/>
	
	<joint name="world_joint" type="fixed">
		<parent link="world"/>
		<child link="base_link"/>
		<origin xyz="0.0 0.0 0.0" rpy="0.0 0.0 0.0"/>
	joint>
robot>

include类似于C语言中的include，先将该文件扩展到包含的位置（但包含进来的文件很有可能只是一个参数宏的定义，并没有被调用）。

制作gazebo模型

对于二轮差动模型添加libgazebo_ros)diff_drive.so插件对小车左右轮控制。

<gazebo>
	<plugin name="differential_drive_controller" filename="libgazebo_ros_diff_drive.so">
		<robotNamespace>/robotNamespace>
		<alwaysOn>truealwaysOn>
		<legacyMode>falselegacyMode>
		<updateRate>50updateRate>
		<leftJoint>mybot_left_wheel_hingeleftJoint>
		<rightJoint>mybot_right_wheel_hingerightJoint>
		<wheelSeparation>${chassisWidth+wheelWidth}wheelSeparation>
		<wheelDiameter>${2*wheelRadius}wheelDiameter>
		<torque>20torque>
		<commandTopic>mybot_cmd_velcommandTopic>
		<odometryTopic>mybot_odomodometryTopic>
		<odometryFrame>odomodometryFrame>
		<robotBaseFrame>mybot_linkrobotBaseFrame>
	plugin>
gazebo>

通过添加libgazebo_ros_p3d.so来计算里程。

<gazebo>
	<plugin name="ground_truth" filename="libgazebo_ros_p3d.so">
		<frameName>mapframeName>
		<bodyName>mybot_chassisbodyName>
		<topicName>odomtopicName>
		<updateRate>30.0updateRate>
	plugin>
gazebo>

对gazebo模型中小车左右轮相关PID等参数进行设置

<gazebo reference="mybot_chassis">
  <material>Gazebo/Orangematerial>
gazebo>
<gazebo reference="caster_wheel">
  <mu1>0.0mu1>
  <mu2>0.0mu2>
  <material>Gazebo/Redmaterial>
gazebo>
<gazebo reference="right_wheel">
  <mu1 value="1.0"/>
  <mu2 value="1.0"/>
  <kp  value="10000000.0" />
  <kd  value="1.0" />
  <fdir1 value="1 0 0"/>
  <material>Gazebo/Blackmaterial>
gazebo>
<gazebo reference="left_wheel">
  <mu1 value="1.0"/>
  <mu2 value="1.0"/>
  <kp  value="10000000.0" />
  <kd  value="1.0" />
  <fdir1 value="1 0 0"/>
  <material>Gazebo/Blackmaterial>
gazebo>
robot>