《ROS2机器人建模URDF》8.1URDF统一机器人建模语言

8.1 URDF统一机器人建模语言

大家好，我是小鱼，本节课我们来介绍机器人的URDF建模。

URDF（Unified Robot Description Format）统一机器人描述格式，URDF使用XML格式描述机器人文件。

XML是被设计用来传输和存储数据的可扩展标记语言，注意语言本身是没有含义的，只是规定了其数据格式

比如说下面这段信息：


小鱼
鱼粉
100万
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其中的等标签都是自定义的，只要符合xml格式即可

XML格式在线校验工具:在线代码格式化 (oschina.net)

XML格式注释：

robot标签的属性name:

robot标签的子标签link: link>

使用XML定义的一个最简单的URDF模型可以像下面这样

接着我们从下面四个方面介绍URDF：

URDF的组成介绍
URDF-Link介绍
URDF-Joint介绍
创建一个简单的URDF并在RVIZ2中可视化

1.URDF的组成介绍

一般情况下，URDF由一个声明信息和两种关键组件共同组成

1.1 声明信息

声明信息包含两部分，第一部分是xml的声明信息，放在第一行

第二部分是机器人的声明，通过robot标签就可以声明一个机器人模型

1.2 两种关键组件

观察下图机器人的结构

可以简化为如下五个部件组成：

躯体
左右轮子
支撑轮
雷达激光
IMU模块

这五个部件之间的固定方式为：

#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .label text,#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .node rect,#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .node circle,#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .node ellipse,#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .node polygon,#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .node .label{text-align:center;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:#e8e8e8;fill:#e8e8e8;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-JEhhqnbhAJVlyyyn :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;}

左轮

躯体

右轮

IMU

雷达

支撑轮子

我们把左轮，右轮、支撑轮子，IMU和雷达部件称为机器人的Link

而Link和Link之间的连接部分称之为Joint关节

接着我们给每个link和joint取个名字。

#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb {font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .edge-thickness-normal{stroke-width:2px;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .label text,#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .node rect,#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .node circle,#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .node ellipse,#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .node polygon,#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .node .label{text-align:center;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .edgeLabel{background-color:#e8e8e8;text-align:center;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:#e8e8e8;fill:#e8e8e8;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-A6XJOwTRRY5wQJqb :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;}

left_wheel_joint

right_wheel_joint

imu_joint

laser_joint

caster_joint

左轮:left_wheel_link

躯体:base_link

右轮:right_wheel_link

IMU:imu_link

雷达:laser_link

支撑轮子:caster_link

所以我们就可以使用6个link和5个joint来描述这个机器人，接着我们分别对link和joint进行详细的介绍。

2.Link介绍

上面我们介绍完了link，那一个link该怎么写呢？

我们来看一个base_link的，通过link标签即可声明一个link,属性name指定部件名字

通过两行代码就可以定义好base_link，但现在的base_link是空的，我们还要声明我们的base_link长什么样，通过visual子标签就可以声明出来机器人的visual形状。

2.1 link标签定义

link的子标签列表

visual 显示形状
- (几何形状)
  - 长方体
    - 标签属性: size-长宽高
    - 举例：
  - 圆柱体
    - 标签属性:radius -半径 length-高度
    - 举例：
  - sphere 球体
    - 属性：radius -半径
    - 举例：
  - mesh 第三方导出的模型文件
    - 属性：filename
    - 举例:
- origin (可选：默认在物体几何中心)
  - 属性 xyz默认为零矢量 rpy弧度表示的翻滚、俯仰、偏航
  - 举例：
- material 材质
  - 属性 name 名字
    - color
      - 属性 rgba a代表透明度
      - 举例：
collision 碰撞属性，仿真章节中讲解
inertial 惯性参数质量等，仿真章节中讲解

3.Joint介绍

joint为机器人关节，机器人关节用于连接两个机器人部件，主要写明父子关系

父子之间的连接类型，是否固定的，可以旋转的等
父部件名字
子部件名字
父子之间相对位置
父子之间的旋转轴，绕哪个轴转

比如我们再建立一个雷达部件laser_link，然后将laser_link固定到base_link

3.1 joint标签详解 joint属性

name 关节的名称
type 关节的类型
- revolute: 旋转关节，绕单轴旋转,角度有上下限,比如舵机0-180
- continuous: 旋转关节，可以绕单轴无限旋转,比如自行车的前后轮
- fixed: 固定关节，不允许运动的特殊关节
- 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xyz，rxryrz六个方向运动
- floating: 浮动关节，允许进行平移、旋转运动

joint的子标签

parent 父link名称
child子link名称
origin 父子之间的关系xyz rpy
axis 围绕旋转的关节轴

下一节我们尝试将我们的机器人模型在RVIZ2中显示出来

参考文档

urdf/XML/link - ROS Wiki
http://docs.ros.org/en/foxy/Tutorials/URDF/URDF-Main.html

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小鱼微信：AiIotRobot
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作者介绍：

我是小鱼，机器人领域资深玩家，现深圳某独脚兽机器人算法工程师一枚初中学习编程，高中开始接触机器人，大学期间打机器人相关比赛实现月入2W+（比赛奖金）目前在输出机器人学习指南、论文注解、工作经验，欢迎大家关注小鱼，一起交流技术，学习机器人

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