URDF语法+练习案例(与Rviz的集成使用)+URDF工具

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URDF语法

练习案例

URDF工具

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URDF语法

1.URDF是 Unified Robot Description Format 的首字母缩写，直译为统一(标准化)机器人描述格式，可以以一种 XML 的方式描述机器人的部分结构，比如底盘、摄像头、激光雷达、机械臂以及不同关节的自由度.....,该文件可以被 C++ 内置的解释器转换成可视化的机器人模型，是 ROS 中实现机器人仿真的重要组件。

2.URDF 文件是一个标准的 XML 文件，在 ROS 中预定义了一系列的标签用于描述机器人模型。

标签包括：

• robot 根标签，所有的 link 和 joint 以及其他标签都必须包含在 robot 标签内
• link 连杆标签(用于描述机器人某个部件的外观和物理属性)
• joint 关节标签(用于描述机器人关节的运动学和动力学属性，还可以指定关节运动的安全极限)
• gazebo 集成gazebo需要使用的标签（用于配置仿真环境所需参数）

【1】 robot：

• 属性：name （指定机器人模型的名称）
• 其他标签都是其子标签

【2】link：

1.属性

• name ---> 为连杆命名

2.子标签

• visual ---> 描述外观(对应的数据是可视的)

  • geometry 设置连杆的形状

    • 标签1: box(盒状)

      • 属性:  size=长(x) 宽(y) 高(z)

    • 标签2: cylinder(圆柱)

      • 属性:  radius=半径   length=高度

    • 标签3: sphere(球体)

      • 属性:  radius=半径

    • 标签4: mesh(为连杆添加皮肤)

      • 属性:  filename=资源路径(格式:package:////文件)

  • origin 设置偏移量与倾斜弧度

    • 属性1: xyz=x偏移 y偏移 z偏移

    • 属性2: rpy=x翻滚 y俯仰 z偏航 (单位是弧度)

  • metrial 设置材料属性(颜色)

    • 属性: name

    • 标签: color

      • 属性: rgba=红绿蓝权重值与透明度 (每个权重值以及透明度取值[0,1]，越大越深)

• collision ---> 连杆的碰撞属性

• Inertial ---> 连杆的惯性矩阵

【3】joint： 

1.属性

• name ---> 为关节命名

• type ---> 关节运动形式

  • continuous: 旋转关节，可以绕单轴无限旋转

  • revolute: 旋转关节，类似于 continues,但是有旋转角度限制

  • prismatic: 滑动关节，沿某一轴线移动的关节，有位置极限

  • planer: 平面关节，允许在平面正交方向上平移或旋转

  • floating: 浮动关节，允许进行平移、旋转运动

  • fixed: 固定关节，不允许运动的特殊关节

2.子标签

• parent(必需的)

  parent link的名字是一个强制的属性：

  • link:父级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。

• child(必需的)

  child link的名字是一个强制的属性：

  • link:子级连杆的名字，是这个link在机器人结构树中的名字。

• origin

  • 属性: xyz=各轴线上的偏移量 rpy=各轴线上的偏移弧度。

• axis

  • 属性: xyz用于设置围绕哪个关节轴运动。

练习案例

需求：创建一个四轮圆柱状机器人模型，机器人参数如下,底盘为圆柱状，半径 0.1m，高 0.08m，四轮由两个驱动轮和两个万向支撑轮组成，两个驱动轮半径为 0.035m,轮胎宽度0.015cm，两个万向轮为球状，半径 0.0075m，底盘离地间距为 0.015m(与万向轮直径一致)

目标：

 

流程：

1.创建一个功能包，导入 urdf 依赖

在当前功能包下，再新建几个目录:

urdf: 存储 urdf 文件的目录

config: 存储保存的已配置的rviz文件

launch: 存储 launch 启动文件

2. 新建urdf以及launch文件

2.1新建urdf文件

设置base_footprint的意义：

添加一个尺寸极小的link(上图中的base_footprint)，再关联（通过joint）base_footprint与base_link (底盘)，更方便移动整个物体，或者  同时修改base_link和其他物体link的origin (初始位置)
    前者方法是构建一个极小的base_footprint出来，然后与其他所有物体划分，再建立一个他们各自坐标系的相对关系，以这个footprint为参照坐标系，那么其他所有物体就会随之改变位置（更高效便捷地移动多个物体）
    后者是通过改变每个物体的重心的坐标系实现相同的视觉效果（较麻烦）

 2.2新建launch文件（下面的关节状态节点，我们选择发布动态的）

每次重复启动launch文件时,Rviz 之前的组件配置信息不会自动保存 ,我们可以将rviz文件另存为 

再启动时，就可以包含之前的组件配置了，使用更方便快捷。

launch文件中 Rviz 的启动配置添加参数:args,值设置为"-d 配置文件路径"  

3.底盘搭建

4.添加驱动轮

5.添加万向轮

最后，ctrl+s保存一下，打开vscode中的终端，source 一下再 roslaunch 包名 launch文件 就可以打开rviz（然后记得查看Fixed Frame是否为base_footprint 即以它为参照坐标系 ）

 我们先点击Add 选择添加TF坐标系，然后通过调节移动运动关节，例如上图的left2baselink，可以发现它的TF坐标系在转动（有抖动的现象，一般是launch文件中同时发布了静态和动态关节状态节点，上上面注释有说明）

URDF工具

在 ROS 中，提供了一些工具来方便 URDF 文件的编写，比如:

• check_urdf命令可以检查复杂的 urdf 文件是否存在语法问题

• urdf_to_graphiz命令可以查看 urdf 模型结构，显示不同 link 的层级关系

要使用工具之前，首先需要安装，安装命令: sudo apt install liburdfdom-tools

演示：

vscode中进入urdf文件所属目录，打开终端，

调用：check_urdf urdf文件 如果不抛出异常，说明文件合法,并且可以看见各个link之间的关系

调用： urdf_to_graphiz urdf文件，当前目录下会生成 pdf 文件 ，再通过 evince pdf文件 即可