《动手学ROS2》8.1URDF统一机器人建模语言

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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
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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：

1. URDF的组成介绍
2. URDF-Link介绍
3. URDF-Joint介绍
4. 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：

graph 
A[左轮] -->C[躯体]
B[右轮] -->C[躯体]
D[IMU] -->C[躯体]
E[雷达] -->C[躯体]
F[支撑轮子] -->C[躯体]

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。

graph 
A[左轮:left_wheel_link] --left_wheel_joint-->C[躯体]
B[右轮:right_wheel_link] --right_wheel_joint-->C[躯体]
D[IMU:imu_link] --imu_joint-->C[躯体]
E[雷达:laser_link] --laser_joint-->C[躯体]
F[支撑轮子:caster_link] --caster_joint-->C[躯体:base_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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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