基于hector算法的真实机器人建图与自主导航（一）——机器人URDF模型建立

URDF全称为Unified Robot Description Format，中文可以翻译为“统一机器人描述格式”。与计算机文件中的.txt文本格式、.jpg图像格式等类似，URDF是一种基于XML规范、用于描述机器人结构的格式。根据该格式的设计者所言，设计这一格式的目的在于提供一种尽可能通用（as general as possible）的机器人描述规范。
URDF文件可用于GAZEBO仿真，网上关于URDF文件用于仿真环境中的例程较多，此处不再详述，重点关注于真实机器人的导航算法。
机器人描述格式将机器人用若干个link和jiont表示，并定义其相互关系。便于ROS系统获取机器人各个组件间的tf变换。
此部分工作是基于ROS导航算法的机器人模型建立，是重要的基础工作，便于代码的维护和算法的实现。

<?xml version="1.0"?> 
<robot name="robot" xmlns:xacro="http://wwww.ros.org/wiki/xacro">
	<xacro:property name="Pi" value="3.1416"/>
	<xacro:property name="box_length" value="0.324"/>
	<xacro:property name="box_width" value="0.242"/>
	<xacro:property name="box_height" value="0.093"/>
	<xacro:property name="wheel_diameter" value="0.1524"/>
	<xacro:property name="wheel_length" value="0.060"/>
	<xacro:property name="wheel_distance" value="0.200"/>
	<xacro:property name="lidar_length" value="0.030"/>
	<xacro:property name="lidar_diameter" value="0.060"/>

	<link name="base_footprint">
			<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>
	</link>

	<joint name="base_footprint_joint" type="fixed">
		    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />        
            <parent link="base_footprint"/>
            <child link="base_link" />
	</joint>

	<link name="base_link">
        <visual>
            <geometry>
                <box size="${box_length} ${box_width} ${box_height}"/>
            </geometry>
            <origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 ${(wheel_diameter+box_height)/2}"/>
            <material name="blue">
                <color rgba="0 .5 .8 1"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <link name="right_front_wheel">  
        <visual>  
            <geometry>  
                <cylinder length="${wheel_length}" radius="${wheel_diameter/2}"/>  
            </geometry> 
			<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>
            <material name="black">  
                <color rgba="0 0 0 1"/>  
            </material>  
        </visual>  
    </link>  
    
    <joint name="right_front_wheel_joint" type="continuous">  
        <axis xyz="0 1 0"/>  
        <parent link="base_link"/>  
        <child link="right_front_wheel"/>  
        <origin rpy="${Pi/2} 0 0" xyz="${wheel_distance/2} ${-(box_width+wheel_length)/2} ${wheel_diameter/2}"/>  
        <limit effort="100" velocity="100"/>  
        <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>  
    </joint>  
    
    <link name="right_back_wheel">  
    <visual>  
        <geometry>  
        	<cylinder length="${wheel_length}" radius="${wheel_diameter/2}"/> 
        </geometry>
		<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>
        <material name="black">  
        <color rgba="0 0 0 1"/>  
        </material>  
    </visual>  
    </link>  
    
    <joint name="right_back_wheel_joint" type="continuous">  
        <axis xyz="0 1 0"/>  
        <parent link="base_link"/>  
        <child link="right_back_wheel"/>  
        <origin rpy="${Pi/2} 0 0" xyz="${-wheel_distance/2} ${-(box_width+wheel_length)/2} ${wheel_diameter/2}"/>  
        <limit effort="100" velocity="100"/>  
        <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>  
    </joint>  
    
    <link name="left_front_wheel">  
        <visual>  
            <geometry>  
                <cylinder length="${wheel_length}" radius="${wheel_diameter/2}"/>   
            </geometry>  
			<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>
            <material name="black">  
                <color rgba="0 0 0 1"/>  
            </material>  
        </visual>  
    </link>  
    
    <joint name="left_front_wheel_joint" type="continuous">  
        <axis xyz="0 1 0"/>  
        <parent link="base_link"/>  
        <child link="left_front_wheel"/>  
        <origin rpy="${Pi/2} 0 0" xyz="${wheel_distance/2} ${(box_width+wheel_length)/2} ${wheel_diameter/2}"/>   
        <limit effort="100" velocity="100"/>  
        <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>  
    </joint>  
    
    <link name="left_back_wheel">  
        <visual>  
            <geometry>  
                <cylinder length="${wheel_length}" radius="${wheel_diameter/2}"/>  
            </geometry>  
			<origin rpy="0 0 0" xyz="0 0 0"/>
            <material name="black">  
                <color rgba="0 0 0 1"/>  
            </material>  
        </visual>  
    </link>  
    
    <joint name="left_back_wheel_joint" type="continuous">  
        <axis xyz="0 1 0"/>  
        <parent link="base_link"/>  
        <child link="left_back_wheel"/>  
        <origin rpy="${Pi/2} 0 0" xyz="${-wheel_distance/2} ${(box_width+wheel_length)/2} ${wheel_diameter/2}"/>  
        <limit effort="100" velocity="100"/>  
        <joint_properties damping="0.0" friction="0.0"/>  
    </joint>  
    
    <link name="laser">  
        <visual>  
            <geometry>  
                <cylinder length="${lidar_length}" radius="${lidar_diameter/2}"/>  
            </geometry>   
            <material name="white">
                <color rgba="1 1 1 1"/>  
            </material>  
        </visual>  
    </link>  
    
    <joint name="laser_joint" type="fixed">  
        <parent link="base_link"/>  
        <child link="laser"/>  
        <origin xyz="0.05 0 ${(wheel_diameter+2*box_height+lidar_length)/2}" rpy="0 0 0"/>  
    </joint>  
</robot>

上述为机器人xacro描述文件，具体功能包下载地址：https://download.csdn.net/download/ustcyr/24559934
编译完成后，启动launch文件，可在rviz中看到机器人模型

roslaunch description_function robot.launch 

此机器人模型仅仅定义了各个link和joint间的关系，与我现在使用的实验平台相同，包含一个激光雷达和四轮小车。可根据需求更改调整参数，与自己的实验平台相一直。
另外此文件并未添加雷达插件，四轮差分平台插件，还不能实现与GAZEBO系统间的交互。ROS与GAZEBO实际上是独立的两个模块，初学者在使用ROS和GZAEBO序偶开发时，切莫混淆两者。为了将两者连起来，就是通过这些插件和ros_control模块。
此处另附激光雷达的GAZEBO插件，电机驱动插件和四轮差分驱动控制器插件。
激光雷达：

        <gazebo reference="laser">
            <sensor type="ray" name="rplidar">
                <pose>0 0 0 0 0 0</pose>
                <visualize>false</visualize>
                <update_rate>5.5</update_rate>
                <ray>
                    <scan>
                      <horizontal>
                        <samples>360</samples>
                        <resolution>1</resolution>
                        <min_angle>-3</min_angle>
                        <max_angle>3</max_angle>
                      </horizontal>
                    </scan>
                    <range>
                      <min>0.10</min>
                      <max>6.0</max>
                      <resolution>0.01</resolution>
                    </range>
                    <noise>
                      <type>gaussian</type>
                      <mean>0.0</mean>
                      <stddev>0.01</stddev>
                    </noise>
                </ray>
                <plugin name="gazebo_rplidar" filename="libgazebo_ros_laser.so">
                    <topicName>/scan</topicName>
                    <frameName>laser_link</frameName>
                </plugin>
            </sensor>
        </gazebo>

电机驱动，此处以左前轮为例，剩下的三个轮子可根据自己的joint名称定义，更改joint name
的参数即可。使用xacro文件的宏定义方法来简化代码，也是可以的。

        <transmission name="wheel_left_front_joint_trans">
            <type>transmission_interface/SimpleTransmission</type>
            <joint name="left_front_wheel_joint" />
            <actuator name="wheel_left_front_joint_motor">
                <hardwareInterface>VelocityJointInterface</hardwareInterface>
                <mechanicalReduction>1</mechanicalReduction>
            </actuator>
        </transmission>

四轮差分驱动：网络和论坛上有很多两轮差分驱动的模块，四轮差分驱动的插件本人未找到，寻至ros官网，寻到此插件。
四轮与两轮并无本质区别，只是真实机器人多为四轮驱动，为了和真实机器人一致，可以使用以下代码作为差分驱动插件

<gazebo>
  <plugin name="skid_steer_drive_controller" filename="libgazebo_ros_skid_steer_drive.so">
    <updateRate>100.0</updateRate>
    <robotNamespace>/</robotNamespace>
    <leftFrontJoint>front_left_wheel_joint</leftFrontJoint>
    <rightFrontJoint>front_right_wheel_joint</rightFrontJoint>
    <leftRearJoint>back_left_wheel_joint</leftRearJoint>
    <rightRearJoint>back_right_wheel_joint</rightRearJoint>
    <wheelSeparation>0.4</wheelSeparation>
    <wheelDiameter>0.215</wheelDiameter>
    <robotBaseFrame>base_link</robotBaseFrame>
    <torque>20</torque>
    <topicName>cmd_vel</topicName>
    <broadcastTF>false</broadcastTF>
  </plugin>
</gazebo>
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版权声明：本文为CSDN博主「yrain·」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/ustcyr/article/details/118557140

写至此，用于真实机器人建图导航算法的四轮差分驱动模型的URDF已详述，若想用GAZEBO仿真环境来模拟开发，还需关注ros_control的内容，此处不再详述。