ROS——URDF（统一机器人描述格式）

URDF

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全称：Unified Robot Description Format ，统一机器人描述格式，使用xml格式来表征（represent）一个机器人模型¹

xml

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参考w3school关于xml的教程²

xml几个重要的特点：

• XML 标签对大小写敏感
• XML 的属性值须加引号。如果属性值本身包含双引号，那么有必要使用单引号包围它
• xml的实体引用
  
• XML 中的注释

• XML 以 LF 存储换行
  

xacro

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参考xacro

使用xacro可以使xml文件更简短、可读。

目前URDF组件状态

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URDF解析器和数据结构（urdfdom,urdfdom_headers）被独立出来，将来会在ubuntu中发布和ROS分离。

urdf文件中的xml格式

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xml标签定义参考http://wiki.ros.org/urdf/XML³

例程参考Learning URDF Step by Step⁴

运行Learning URDF Step by Step中的例程需要下载joint_state_publisher包，如果已经通过apt下载过urdf_tutorial包，则已经包含。没有则通过以下命令下载（将distro替换为自己的ros版本）：

$ sudo apt-get install ros-<distro>-urdf-tutorial

使用URDF建立一个机器人模型

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• 创建一个包：

$ catkin_create_pkg testbot_description urdf

• 在子目录/urdf下存放机器人的urdf文件，目录结构如下：

/MYROBOT_description
  package.xml
  CMakeLists.txt
  /urdf
  /meshes
  /materials
  /cad

• 在/urdf下建立自己的urdf文件my_robot.urdf：

<robot name="test_robot">
    <link name="link1" />
    <link name="link2" />
    <link name="link3" />
    <link name="link4" />

    <joint name="joint1" type="continuous">
        <parent link="link1" />
        <child link="link2" />
        <origin xyz="5 3 0" rpy="0 0 0" />
        <axis xyz="-0.9 0.15 0" />
    joint>

    <joint name="joint2" type="continuous">
        <parent link="link1" />
        <child link="link3" />
        <origin xyz="-2 5 0" rpy="0 0 1.57" />
        <axis xyz="-0.707 0.707 0" />
    joint>

    <joint name="joint3" type="continuous">
        <parent link="link3" />
        <child link="link4" />
        <origin xyz="5 0 0" rpy="0 0 -1.57" />
        <axis xyz="0.707 -0.707 0" />
    joint>

robot>

• 在/src下建立解析器文件parser.cpp：

#include 
#include "ros/ros.h"

int main(int argc, char** argv){
  ros::init(argc, argv, "my_parser");
  if (argc != 2){
    ROS_ERROR("Need a urdf file as argument");
    return -1;
  }
  std::string urdf_file = argv[1];

  urdf::Model model;

  // 如果解析成功，返回 true
  if (!model.initFile(urdf_file)){
    ROS_ERROR("Failed to parse urdf file");
    return -1;
  }
  ROS_INFO("Successfully parsed urdf file");
  return 0;
}

• 在CMakeList.txt添加解析器：

 add_executable(parser src/parser.cpp)
 target_link_libraries(parser ${catkin_LIBRARIES})

在catkin_make后尝试解析urdf文件：

$ rosrun testbot_description parser urdf/my_robot.urdf

robot_state_publisher

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通常一个机器人身上有很多个坐标系，要把他们全部发送到tf。robot state publisher可以帮助你广播机器人的状态到tf，这个包内部有一个机器人的运动学模型。所以给定机器人的关节位置信息，robot state publisher可以计算和广播机器人的每个link的3D位置信息。

最简单的方式是把robot_state_publisher作为一个独立的ros节点，也可以把他作为一个库，使用c++的API

作为一个节点使用，需要：

• 机器人模型urdf文件并加载到Parameter Server里
  有两种方法加载到参数服务器里：在launch启动文件里加载，或在源文件里使用urdf_model::initParam。
• 一个使用sensor_msgs/JointState消息发布关节位置信息的源文件

参考Using the robot state publisher on your own robot⁵

更详细的历程参考Using urdf with robot_state_publisher⁶

要想在rviz里显示urdf文件的机器人模型，必须使用robot_state_publisher计算和广播机器人的每个link的3D位置信息。

参考

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• [1] http://wiki.ros.org/urdf

• [2] https://www.w3school.com.cn/xml/xml_intro.asp

• [3] http://wiki.ros.org/urdf/XML

• [4] http://wiki.ros.org/urdf/Tutorials

• [5] Using the robot state publisher on your own robot

• [6] Using urdf with robot_state_publisher