【ROS2机器人入门到实战】为机器人URDF模型注入物理属性

2.为机器人URDF模型注入物理属性

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上节我们知道，机器人仿真就是用软件来模拟硬件的特性，那么我们必须要告诉仿真平台机器人各个关节的物理属性，比如：

• 有多重，
• 有多大的惯性
• 重心在哪
• 碰撞边界在哪
• 关节的上下界限
• 其他的一些必要信息等等

所以这节课小鱼就带你将物理信息写入到urdf中，让机器人在gazebo中显示出来。

1.需要哪些物理信息？

一般来说有碰撞和内参两个就够了，但是因为小鱼之前的偷懒，还要加一个摩擦力配置。

碰撞描述是物体的用于碰撞检测的包围形状。内参用于描述物体的质量，惯性矩阵。link的摩擦力。

1.1 碰撞检测

在机器人仿真中，我们要对物体之前是否接触，是否发生碰撞做检测，常用的检测方法比如包围盒，判断两个物体的包围盒是否相交来快速判断物体是否发生碰撞。

在URDF中，我们可以可以在link标签下添加collison子标签来对物体的形状进行描述。

collision可以包含的子标签如下：

• origin，表示碰撞体的中心位姿
• geometry，用于表示用于碰撞检测的几何形状
• material，可选的，描述碰撞几何体的材料(这个设置可以在gazebo仿真时通过view选项看到碰撞包围体的形状)

一个完整的collision标签实例如下：

<collision>
      <origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
		<cylinder length="0.12" radius="0.10"/>
      </geometry>
      <material name="blue">
      	<color rgba="0.1 0.1 1.0 0.5" /> 
      </material>
    </collision>

1.2 旋转惯量

旋转惯量矩阵是用于描述物体的惯性的，在做动力学仿真的时候，这些参数尤为重要。

在URDF中我们可以通过在link下添加inertial子标签，为link添加惯性参数的描述。

intertial标签包含的子标签如下：

• mass，描述link的质量
• inertia，描述link的旋转惯量（该标签有六个属性值ixx\ixy\ixz\iyy\iyz\izz）

一个完整的inertial标签示例如下：

<inertial>
      <mass value="0.2"/>
      <inertia ixx="0.0122666" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0122666" iyz="0" izz="0.02"/>
    </inertial>

关于intertial的属性设置，不是随意设置的，常见的几何体我们可以通过公式进行计算。计算方法可以看小鱼的这篇文章-URDF仿真惯性参数不知道怎么配？快收藏，常见几何物体URDF分享。

比如我们上一章节的fishbot的轮子和车体，都是实心圆柱，可以采用下面的公式进行计算：

注意：这个矩阵是一个对称矩阵，所以只需要通过其上三角即可描述完整描述这个矩阵，所以在URDF中只需要填写六个数字即可。

实心圆柱体的惯性矩阵:半径为r，高度为h，质量为m 的实心圆柱体

形状：

矩阵：

1.3 摩擦力和刚性系数

在Fishbot的URDF中，前面的支撑轮主要起支撑作用，因为我们将其使用fixed标签固定到了base_link上，所以它无法转动。

哪该怎么办呢？小鱼教你一个取巧的办法，我们可以要把这个轮子的摩擦力设置为0，让它直接在地上滑动即可，

如何设置呢？6行代码放到URDF中：

<gazebo reference="caster_link">
    <mu1 value="0.0"/>
    <mu2 value="0.0"/>
    <kp value="1000000.0" />
    <kd value="10.0" />
  </gazebo>

其中mu1,mu2代表摩擦力，kp,kd代表刚性系数。

2.为FishBot添加物理惯性

利用上面的方法公式，为我们的fishbot哥哥link添加好物理属性，完成后的base_link如下：

<!-- base link -->
  <link name="base_link">
  	<visual>
      <origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
		<cylinder length="0.12" radius="0.10"/>
      </geometry>
      <material name="blue">
      	<color rgba="0.1 0.1 1.0 0.5" /> 
      </material>
    </visual>
    <collision>
      <origin xyz="0 0 0.0" rpy="0 0 0"/>
      <geometry>
		<cylinder length="0.12" radius="0.10"/>
      </geometry>
      <material name="blue">
      	<color rgba="0.1 0.1 1.0 0.5" /> 
      </material>
    </collision>
    <inertial>
      <mass value="0.2"/>
      <inertia ixx="0.0122666" ixy="0" ixz="0" iyy="0.0122666" iyz="0" izz="0.02"/>
    </inertial>
  </link>

完全添加好的机器人URDF模型小鱼已经放到了这里：fishbot_gazebo.urdf

可以将小鱼配置好的模型下载到src/c/urdf文件夹下，等下我们要用gazebo将该模型显示出来。