【嵌入式应用学习笔记 04】ROS-URDF机器人建模_urdf 质量分布

1.URDF简介

URDF，全称为统一机器人描述格式（Unified Robot Description Format），是一个基于XML的语法框架，用于在机器人操作系统（ROS）中描述和定义机器人模型。

1.1 URDF标签

既然我们知道URDF是一种基于XML的语法框架，那必然是会使用到标签去描述和定义机器人模型，下面是关于URDF所使用的标签的介绍
URDF内容：

• link 连杆
• joint 关节
• axis 运动学参数
• dynamics 动力学参数
• visual 可视化模型
• collision 碰撞检测模型

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1.1.1 link标签

link 标签说明
link标签它定义了机器人的各个刚体部分，如底座、轮子、激光雷达和摄像头等。这些实体部件都是机器人模型中可见的部分，每个部件都对应一个link标签。以下是link标签的一些关键属性：

• 形状和尺寸：通过指定几何特征，如立方体、圆柱体或自定义的3D模型，来定义部件的形状。尺寸则通过几何特征的参数，如长度、宽度和高度来确定。
• 颜色：可以设置部件的颜色，这在视觉呈现上很重要，有助于区分不同的部件或高亮显示特定的部件。
• 惯性矩阵：这个属性描述了部件的质量分布，对于动力学仿真和碰撞效果的准确计算非常关键。
• 碰撞参数：定义了部件在物理仿真中如何与其他物体发生相互作用，包括摩擦系数和弹性系数等。
  xml的格式的描述

<link name="<link name>">
<!-- 描述机器人link部分的外观参数, 尺寸、颜色、形状等的外观信息 -->
	<inertial>......</inertial>
	<!-- 描述link的惯性参数，主要用到机器人动力学的运算部分 -->
	<visual>......</visual>
	<!-- 描述link的碰撞属性 -->
	<collision>......</collision>
</link>

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1.1.2 joint标签

在URDF（Unified Robot Description Format）中，joint标签用于描述机器人关节的运动学和动力学属性。
以下是joint标签的xml表示

<joint name="joint1" type="revolute">
    <parent link="base_link"/> <!-- 父链接的名称 -->
    <child link="link1"/> <!-- 子链接的名称 -->
    <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/> <!-- 关节的原点位置 -->
    <axis xyz="0 0 1"/> <!-- 关节的运动轴 -->
    <limit lower="-1.57" upper="1.57" effort="10" velocity="1"/> <!-- 运动的限制范围、力矩限制和速度限制 -->
  </joint>
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1.1.3 robot标签

robot标签在URDF中作为根标签使用，以确保XML语法的完整性。
以下是robot标签的XML的格式表示

<robot name="name of the robot">
	<link>......</link>
	<link>......</link>
	<joint>......</joint>
	<joint>......</joint>
</robot>

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2.URDF的建模实现

首先我们建立一个用来描述机器人建模的功能包，首先创造一个ros的工作空间

mkdir -p ~/catkin_ws/src
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初始化工作空间

cd ~/ctakin_ws/src
catkin_init_spacework
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初始化完成之后会在catkin_ws/src中创建一个CMakeLists.txt文件

回到刚刚创建的工作空间中，对工作空间进行编译

cd ~/catkin_ws
catkin_make
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编译完成之后，catkin_ws中会出现build文件夹和devel文件夹

进入src文件中，建立一个新的功能包

cd ~/catkin_ws/src
catkin_create_pkg mbot_description urdf xacro
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进入我们新建的功能包，创建四个文件夹

cd ./catkin_ws/src/mbot_description
mkdir urdf
mkdir meshes
mkdir launch
mkdir config
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• urdf :存放机器人模型的URDF或xacro文件
• launch:保存相关启动文件
• config:保存rviz的配置文件、功能包的配置文件
• meshes:放置URDF中引用的模型渲染文件，机器人外观纹理，让外观和实际更相似

创建我们的launch启动文件

cd ./catkin_ws/src/mbot_description/launch
sudo gedit display_mbot_base_urdf.launch
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写入以下内容

<launch>
   <!-- 加载的参数名字叫robot_description，具体内容是urdf相关模型的路径 -->
	<param name="robot_description" textfile="$(find mbot_description)/urdf/mbot_base.urdf" />
	<!-- 设置GUI参数，显示关节控制插件 -->
	<param name="use_gui" value="true"/>
	<!-- 运行joint_state_publisher节点，发布机器人的关节状态  -->
	<node name="joint_state_publisher" pkg="joint_state_publisher" type="joint_state_publisher" />
	<!-- 运行robot_state_publisher节点，发布tf  -->
	<node name="robot_state_publisher" pkg="robot_state_publisher" type="state_publisher" />
	<!-- 运行rviz可视化界面，保存每次打开之后的相关插件，保存到config文件夹下面 -->
	<node name="rviz" pkg="rviz" type="rviz" args="-d $(find mbot_description)/config/mbot_urdf.rviz" required="true" />
</launch>

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接下来创建我们的URDF模型
我们创建一个原型底盘的小车

cd ./catkin_ws/src/mbot_description/urdf
sudo gedit mbot_base.urdf
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写入以下内容

<?xml version="1.0" ?>
<robot name="mbot">
    <link name="base_link">
        <visual>
            <origin xyz=" 0 0 0" rpy="0 0 0" />

            <geometry>
                <cylinder length="0.16" radius="0.20"/>
            </geometry>

            <material name="yellow">
                <color rgba="1 0.4 0 1"/>
            </material>

        </visual>

    </link>
    <joint name="left_wheel_joint" type="continuous">
    
        <origin xyz="0 0.19 -0.05" rpy="0 0 0"/>
        
        <parent link="base_link"/>
        <child link="left_wheel_link"/>
        
       
        
        <axis xyz="0 1 0"/>
        
    </joint>
     
    <link name="left_wheel_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder radius="0.06" length = "0.025"/>
            </geometry>
            <material name="white">
                <color rgba="1 1 1 0.9"/>
            </material>
        </visual>
    </link>
 
    <joint name="right_wheel_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0 -0.19 -0.05" rpy="0 0 0"/>

        <parent link="base_link"/>
        <child link="right_wheel_link"/>
        <axis xyz="0 1 0"/>
    </joint>
    <link name="right_wheel_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="1.5707 0 0" />
            <geometry>
                <cylinder radius="0.06" length = "0.025"/>
            </geometry>
            <material name="white">
                <color rgba="1 1 1 0.9"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="front_caster_joint" type="continuous">
        <origin xyz="0.18 0 -0.095" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="front_caster_link"/>
        <axis xyz="0 1 0"/>
    </joint>

    <link name="front_caster_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
            <geometry>
                <sphere radius="0.015" />

            </geometry>
            <material name="black">
                <color rgba="0 0 0 0.95"/>
            </material>
        </visual>
    </link>

    <joint name="back_caster_joint" type="continuous">
        <origin xyz="-0.18 0 -0.095" rpy="0 0 0"/>
        <parent link="base_link"/>
        <child link="back_caster_link"/>
        <axis xyz="0 1 0"/>
    </joint>

    <link name="back_caster_link">
        <visual>
            <origin xyz="0 0 0" rpy="0 0 0"/>
            <geometry>
                <sphere radius="0.015" />
            </geometry>
            <material name="black">
                <color rgba="0 0 0 0.95"/>
            </material>
        </visual>
    </link>




</robot>


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保存，我们查看一下模型

roslaunch mbot_description display_mbot_base_urdf.launch

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如果没有模型显示，可以进行以下步骤



就会出现我们刚刚设计好的模型了