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URDF语法
练习案例
URDF工具
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://<packagename>/<path>/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
<robot name="mycar">
<!-- 设置 base_footprint -->
<link name="base_footprint">
<visual>
<geometry>
<sphere radius="0.001" />
</geometry>
</visual>
</link>
<!-- 添加底盘 -->
<!-- 添加驱动轮 -->
<!-- 添加万向轮(支撑轮) -->
</robot>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）
<launch>
<!--1.在参数服务器中载入URDF-->
<param name="robot_description" textfile="$(find urdf01_rviz)/urdf/urdf/orange05_test.urdf" />
<!--2.启动rviz-->
<node pkg="rviz" name="rviz" type="rviz" args="-d $(find urdf01_rviz)/config/show_mycar.rviz" />
<!--args用于启动之前已保存在config目录下的rviz文件，方便配置-->
<!--3.添加关节状态发布节点-->
<!--静态
问题：tf坐标系旋转时抖动，
因为开了两个joint_state_publisher，一个静态的，一个gui的，造成了tf冲突
解决：将静态的tf去掉-->
<!-- <node pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" name="joint_state_publisher" /> -->
<!--4.添加机器人状态发布节点-->
<node pkg="robot_state_publisher" type="robot_state_publisher" name="robot_state_publisher" />
<!--5.关节控制运动节点-->
<!--动态-->
<node pkg="joint_state_publisher_gui" type="joint_state_publisher_gui" name="joint_state_publisher_gui" />
</launch>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
<!--3.添加底盘-->
<!--
形状：圆柱
半径：0.1m
高度：0.08m
离地间距：0.015m
-->
<!--3.1.link-->
<link name="base_link" >
<!--可视化标签-->
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.1" length="0.08" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="baselink_color">
<color rgba="1.0 0.5 0.2 0.5" />
</material>
</visual>
</link>
<!--3.2.joint-->
<!-- 关联base_footprint 与 base_link-->
<joint name="link2footprint" type="fixed" >
<!--父级 link-->
<parent link="base_footprint" />
<!--子级 link-->
<child link="base_link" />
<!--关节z上的设置 = 车体高度/2 + 离地间距-->
<origin xyz="0 0 0.055" rpy="0 0 0" />
</joint>4.添加驱动轮
<!--4.添加驱动轮-->
<!--
形状：圆柱
半径：0.035m
长度：0.015m
-->
<!--4.1.link-->
<link name="left_wheel" >
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.035" length="0.015" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="1.5708 0 0" />
<material name="leftwheel_color">
<color rgba="0 0.5 1 1" />
</material>
</visual>
</link>
<link name="right_wheel" >
<visual>
<geometry>
<cylinder radius="0.035" length="0.015" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="1.5708 0 0" />
<material name="rightwheel_color">
<color rgba="0.5 1 0 1" />
</material>
</visual>
</link>
<!--4.2.joint-->
<joint name="left2baselink" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="left_wheel" />
<origin xyz="0 0.1 -0.02" rpy="0 0 0" />
<axis xyz="0 1 0" />
</joint>
<joint name="right2baselink" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="right_wheel" />
<origin xyz="0 -0.1 -0.02" rpy="0 0 0" />
<axis xyz="0 1 0" />
</joint>5.添加万向轮
<!--4.添加万向轮-->
<!--
形状：球
半径：0.0075m
-->
<!--4.1.link-->
<link name="front_wheel" >
<visual>
<geometry>
<sphere radius="0.0075" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="frontwheel_color">
<color rgba="1 0 1 1" />
</material>
</visual>
</link>
<link name="back_wheel" >
<visual>
<geometry>
<sphere radius="0.0075" />
</geometry>
<origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0" />
<material name="backwheel_color">
<color rgba="1 0 1 1" />
</material>
</visual>
</link>
<!--4.2.joint-->
<joint name="front2baselink" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="front_wheel" />
<origin xyz="0.0925 0 -0.0475" rpy="0 0 0" />
<axis xyz="1 0 0" />
</joint>
<joint name="back2baselink" type="continuous">
<parent link="base_link" />
<child link="back_wheel" />
<origin xyz="-0.0925 0 -0.0475" rpy="0 0 0" />
<axis xyz="1 0 0" />
</joint>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
